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11自定義荷載工況和組合 -2016.6

發布時間:2016-06-27



自定義荷載工況和組合

、為何要設置自定義荷載工況

自定義荷載工況和組合功能,可把用戶輸入的一組荷載按照用戶自定義的工況組合進行設計。

在建模的主菜單中設置自定義工況菜單,用來輸入用戶自定義的荷載工況,這樣建模的一級菜單為軸線網格、構件布置、樓板布置、荷載輸入、自定義工況、樓層組裝、空間結構、鑒定加固共八項。

自定義工況下的第一個菜單為工況設置,其余菜單布置該工況的荷載,內容與前面恒載、活載相同,包括樓板荷載及梁墻、柱、板間、次梁、墻洞、節點荷載的輸入和編輯,也就是說,按照通常的輸入荷載的方式輸入自定義工況的荷載。

首先必須進行工況設置,圖示為打開工況設置后首先顯示的是已經做過的自定義荷載工況的列表,假設本項目用戶自定義了3個活荷載工況:

C:\DOCUME~1\陳岱林\LOCALS~1\Temp\SNAGHTML27303a.PNG

每次添加一個自定義荷載工況時彈出如下對話框:

C:\Users\CHENDA~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLbbccf7.PNG

每個自定義荷載在這里需要確定荷載類型、重力代表值系數、荷載分項系數和組合系數,如果屬于活荷載還需輸入活荷載的折減系數。

自定義荷載的類型有恒載、活載、消防車荷載,還有風荷載、地震荷載和人防荷載類型。

對于活荷載使用自定義工況,主要解決四個方面的問題:

1、活荷載的不利布置問題,即可在自定義的活荷載工況之間設置設計需要的各種不利布置組合。

軟件對于一般活荷載(即在荷載輸入主菜單下輸入的活荷載)的活荷不利布置的處理比較簡單,只在各樓層內分別進行,樓層之間不考慮不利布置,只是疊加處理。在樓層之內也僅限于對梁桿件進行不利布置,按各房間單獨布置活荷,再取包絡和疊加的結果。沒有考慮柱、墻和斜撐的不利布置。

YJK把活荷載可區分為一般活荷載和自定義活荷載,對于一般活荷載仍按照傳統的簡單組合方式計算,對于自定義工況活荷載,可以在用戶輸入的不同組的活荷載之間,由用戶定義它的不利布置組合,從而適應活載較大等復雜情況的計算,如工業建筑常有的活荷載布置的狀況。

2、活荷載折減

以前軟件考慮的活荷載折減,是柱墻考慮其上樓層數的折減,它只適應荷載規范中規定的住宅、辦公等類型活荷載折減。對于其它種類的活荷載可當作自定義活荷載輸入,自定義荷載工況選擇活荷載時,設置了重力荷載代表值系數、墻柱構件和梁構件活荷載折減系數參數,可對自定義的活荷載指定單獨的墻柱構件活荷載折減系數和梁構件的活荷載折減系數,從而適應荷載規范中多種活荷載類型的折減。

3、自定義荷載工況組合時的荷載分項系數和組合系數

例如,荷載規范3.2.5規定,可變荷載的分項系數,一般情況下應取1.4,對標準值大于4kN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載應取1.3。

可將標準值大于4kN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載按照自定義活荷載工況輸入,取該工況與其它活荷載工況為疊加或疊加+包絡組合關系,然后在組合系數表中人工修改相應的系數。

4、重力荷載代表值系數

例如消防車荷載,其重力荷載代表值系數可設置為0,筒倉的貯料荷載的重力荷載代表值系數可設置為0.8。

對于恒載、風載、地震荷載的自定義工況,也可解決類似的問題,在如下的分析中闡明。

在荷載布置或者修改前,必須在工況設置彈出的列表中勾選某一個自定義荷載工況,隨后的荷載布置和修改都將計入該類自定義荷載工況之下。

、計算前處理的計算參數菜單下設置荷載組合

如果用戶在建模中輸入了若干組自定義荷載,則必須在計算前處理的計算參數中設置它們的組合狀況,否則這幾類荷載只進行了計算分析,卻不能參與各個構件的截面設計。

在計算參數的荷載組合項下新增了自定義工況組合頁,用來進行自定義荷載工況的組合設置。

下面的3個按鈕可用來自動生成各工況的疊加或包絡組合。從第一個按鈕中選疊加、包絡或者疊加+包絡,再點中間按鈕生成默認數據,即可自動生成當前各工況之間的組合關系。

自定義荷載工況之間以及它們與普通荷載工況之間,可以自動定義的有四種組合,分別是包絡組合、疊加組合、疊加+包絡和全組合,用戶選擇其中一種,再點生成默認數據按鈕,就可以自動生成相關的組合。

以本工程的3組自定義活荷載工況和原有的活荷載工況之間的各種選項為例說明:

疊加就是各工況同時作用;

包絡就是各工況分別單獨作用,設計時取包絡值,本工程自動生成4種組合;

疊加+包絡就是既有各工況同時作用,又有單獨作用并取包絡的過程,本工程自動生成5種組合;

全組合就是各自定義工況的任意兩兩之間所能發生的所有組合,本工程自動生成15種組合;

每一行將指示軟件作一種組合,各行可以人工填寫,也可自動生成。在荷載工況下填1表示在該種組合中考慮該荷載工況。

以該項目取疊加+包絡為例,第1行表示的組合是普通活荷載和3個自定義活荷載同時作用在結構上,構件設計時將取各工況的疊加值進行設計。第2-5行表示的組合是:普通活荷載和3個自定義活荷載將分別單獨作用在結構上,構件設計時將取各組合的最大包絡值進行設計。

、自定義荷載工況的設計結果查看

可在設計結果的標準內力菜單下查看各自定義荷載工況下的桿件內力,如本例計算結果增加了3個自定義活荷載的工況,選擇某一個即可單獨顯示該工況下各桿件的內力。

所有構件的配筋設計中都是按照前面用戶設置好的自定義工況組合來進行的,用戶可使用構件信息菜單查看每一根構件的設計過程,如下圖是某根梁構件信息中的各種組合狀況及其相應的分項系數。

四、自定義恒載工況的應用

恒載可分為主體結構恒載和非主體結構恒載兩部分,主體結構恒載一般為主體結構構件的自重,即梁、柱、墻、樓板的自重,主體結構按樓層施工,施工模擬3的加載次序主要針對主體結構恒載。

非主體結構恒載指的是作用在主體結構上的填充墻,裝修面層形成的恒載,這種恒載不一定隨著主體樓層的施工加載,而一般在主體結構封頂之后才加載上去。把非主體結構恒載按照施工模擬3計算,常造成恒載下構件內力偏大的結果。

解決的方法是將較大的非主體結構恒載當做自定義恒載輸入,并在計算參數的自定義恒載組合選項中選擇和其它恒載疊加組合的模式。

軟件對自定義恒載按照一次加載的計算方式計算,從而可避免分層加載計算造成的內力偏大。

上圖工程8~9層的梁上布置了很大的均布恒荷載,均布荷載從31~52不等,均為填充墻、裝修等非主體結構恒載。這些非主體恒載按照一般的分層施工計算,有的柱配筋可能出現非常大的異常。將這些非主體恒載當作自定義恒載輸入,他們在軟件中按照全樓一次性加載的方式計算,異常大的配筋的柱鋼筋減少了50%。

五、自定義活荷載工況的應用

1、使用自定義活荷載處理任意形式的活荷載不利布置

如筒倉結構主要承受貯料荷載,當多個筒倉建在一起,成為組合倉時,需要考慮貯料在各倉之間的不利布置,如在各倉分別為滿倉、半倉、空倉的情況??赏ㄟ^數個自定義荷載工況設置各個倉的滿倉、半倉情況,再自定義它們之間可能的各種組合的方式解決。

下圖為某2倉結構的筒倉,我們在普通活荷載工況中輸入兩個倉同時滿載的情況,考慮可能存在只有倉1滿載倉2空倉,或者倉1空倉倉2滿載的情況,我們倉1滿載和倉2滿載按兩個自定義荷載工況輸入。

在計算參數的自定義工況組合中,對活荷、倉1滿、倉2滿按照包絡計算。

下圖為某3倉組成的組合倉結構,我們在普通活荷載工況中只輸入貯料以外的其它活荷載,把倉1滿載、倉2滿載和倉3滿載分別按三個自定義活荷載工況輸入。

在計算參數的自定義工況組合中,對活荷、倉1滿、倉2滿、倉3滿選擇全組合,軟件自動生成了它們兩兩之間可能出現的所有組合情況,共15個。

2、如何考慮互斥活荷載的情況

如果需要考慮N組互斥的活荷載,可把這N組活荷載都在自定義活荷載下輸入,即定義N組自定義活荷載。

計算參數-自定義荷載工況組合參數中,對這N組活荷載選擇包絡組合方式,而不要選擇疊加或者疊加+包絡等其他的組合方式。但這N組自定義的活荷載可以與普通活荷載采用疊加+包絡組合方式。

這樣,軟件將計算出N個單獨的活荷載工況,他們對所有構件的影響都是通過包絡計算完成的。所謂包絡,就是在考慮每個構件時,只選取對他的目標內力最大影響的那組自定義活荷載的結果,而不會疊加其他組的自定義活荷載的內力。

3、使用自定義活荷載處理其他類型活荷載的折減

原來的軟件在進行設計墻、柱的活荷載折減時,僅能根據荷載規范表5.1.2作按樓層的折減系數折減,這種折減僅適用于荷載規范表5.1.111)項的活荷載類型。第11)項對應的房屋類別是住宅、宿舍、辦公室、醫院等。

根據荷載規范5.1.2條的2-2):設計墻、柱和基礎時的折減系數,對第12-7項應采用與其樓面梁相同的折減系數。

12-7項對應的房屋類別包括,教室、試驗室、閱覽室、會議室、食堂、餐廳、禮堂、劇場、商店、車站、機場大廳、舞臺、書庫、通風機房等。

12-7項的活荷載,不應采用住宅、辦公室等的考慮樓層的折減方式,但把它當做一般的活荷載輸入時軟件將自動按照考慮樓層的折減方式計算,這顯然與規范不符、偏于不安全。

YJK的解決方案是把第12-7項的活荷載按照自定義活載工況輸入,并在自定義工況的屬性中人工填入柱、墻的活荷載折減系數和梁的活荷載折減系數。

這里的采用計算參數中的折減即為在上部結構計算參數中設定的按照一般的活荷載輸入的活荷載折減。

如果某建筑下面幾層是商場,上面高層為住宅,用戶可對下面的商場活荷載按照自定義活荷載輸入,并在屬性框中填入柱、墻的折減系數。軟件在設計底層的柱、墻時,對一般的活荷載產生的內力自動按照考慮其上樓層數的折減,但對于這里定義的商場荷載產生的內力則按照這里指定的折減系數計算。

4、自定義荷載工況組合時的荷載分項系數和組合系數

每個自定義荷載首先需在創建時的對話框中輸入荷載分項系數和組合系數。

荷載規范3.2.5規定,可變荷載的分項系數,一般情況下應取1.4,對標準值大于4kN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載應取1.3。

可將標準值大于4kN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載按照自定義活荷載工況輸入,取該工況與其它活荷載工況為疊加或疊加+包絡組合關系,并在這里非地震分項系數1.3。

組合系數包括非地震作用組合和地震作用組合的組合系數。

分項系數設置了有利和不利兩種情況,當有利的系數比不利小時,可同時填寫。不需考慮有利情況時,將有利項填入不利時相同的分項系數即可。

還可設置頻遇值系數和準永久值系數。

5、自定義活荷載的重力荷載代表值系數

每個自定義荷載首先需在創建時的對話框中輸入重力荷載代表值系數,當活荷載重力荷載代表值系數不同于一般活荷載時,可將其按自定義荷載輸入,并在此輸入。

、對消防車荷載按自定義荷載工況輸入

消防車荷載數值很大,設計時應考慮可能的折減。

荷載規范5.1.2條:設計樓面梁時,對單向板樓蓋的次梁和槽型板的縱肋應取0.8,對單向板樓蓋的主梁應取0.6,對雙向板樓蓋的梁應取0.8;

設計墻、柱時可按實際情況考慮;設計基礎時可不考慮消防車荷載。

可見對消防車荷載折減幅度比一般活荷載大很多。而且,地震計算可不考慮消防車荷載,消防車荷載的重力荷載代表值系數可填為0,這樣可大大減少地下室的地震作用。反之,如果把消防車荷載按照一般的活荷載輸入,軟件按照默認的0.5的重力代表值系數計算,地震效應要大得多。

YJK的解決方案是把消防車荷載按照自定義荷載工況輸入,并在自定義工況的荷載類型中專門設置消防車荷載類型,以進行專項處理。用戶在屬性框中首先可將重力荷載代表值系數填為0,再根據情況填入次梁、主梁和、墻的折減系數。

軟件將自動識別主梁、次梁。對于次梁,取用次梁折減系數。對于主梁,軟件自動識別2種情況的主梁,第一種是雙向板樓蓋主梁,采用0.8的折減系數;第二是單向板樓蓋主梁,對這種布置了次梁的主梁識別為單向板樓蓋的主梁并取活荷載折減系數0.6。

在基礎設計時對各種自定義荷載是由用戶選擇導入的。對于消防車荷載,基礎軟件在讀取荷載時自動過濾。這樣的處理方案可以避免基礎設計時需要修改荷載重新計算的問題。

對消防車的各分項系數填1,可有效減少設計彎矩。

消防車荷載作為自定義荷載計算后,原來把消防車荷載當活荷載輸入時,相應位置應輸入一般的活荷載。消防車荷載與其他活荷載的組合關系應為包絡,不應疊加。

、自定義風荷載工況

C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTMLaef91cc.PNG

自定義工況】菜單下設置了4種風荷載的自定義輸入:+X風、-X風、+Y風、-Y風,可對于軟件計算不清的風荷載進行人工補充。比如對于屋頂風吸力,或者懸挑結構上的風吸力可由人工計算出具體數值,再當作自定義風荷載輸入,在組合中設置和普通風的疊加或疊加+包絡的模式計算。

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、自定義地震作用工況

1、地下建筑地震土的動力作用對結構影響的計算

對于地下建筑,按照《抗震規范14章要求,應考慮土的動力作用對結構的影響。

圖示該項目為北京CBD核心區地下公共空間市政交通基礎設施項目,長400m,寬180m,為全在地下的6層建筑,8度設防。(可見建筑結構雜志201410月下43頁文)

通過本例,可學習自定義地震工況的應用,學習地下結構地震計算如何考慮土的動力作用對結構的影響,對比考慮自定義地震工況對設計結果的影響。

由于《抗震規范》給出的時程分析方法在實踐上操作難度大,我們參照國家標準《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范GB50032-2003給出的方法計算出土對結構的動力作用,并把土的動力作用作為自定義的地震荷載輸入。本工程仍按照一般的8度設防對6層地下室工程進行振型分解反應譜法計算,但是在計算的組合中按照軟件默認的將一般地震作用計算與自定義地震工況疊加的方式進行。

C:\Users\CHENDA~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML8e5149.PNG

土對結構的動力作用按照GB50023的公式6.2.4計算,其中水平地震加速度與重力加速度的比值,這里取0.20。

按照公式6.2.4,各層層底處的動土壓力公式為

式中h為各層層底到正負0的距離。

1~6層底標高分別為-24m、-20.2m、-16.6m、-13m、-8m、-4m,由此算出1~6層分別的墻的面外梯形荷載,把他們分別布置到1~6層。

下圖表示在自定義工況下創建了自定義X地震、自定義Y地震兩個工況。

把土的動力作用按照墻的面外荷載定義和布置,下圖是定義好的各層荷載,上邊6個用于自定義X地震,下邊6個用于自定義Y地震。

在計算參數中,對于自定義的X地震,按照軟件默認的和反應譜法計算的X地震疊加的組合計算。同樣對于自定義的Y地震,按照軟件默認的和反應譜法計算的Y地震疊加的組合計算。

計算完成后,可以在位移動畫下查看自定義地震工況的位移動畫。

為了查看自定義工況對設計結果的影響,從一層中選擇某根梁并查看他的構件信息,對比沒有設置自定義工況時該工程的計算結果如下。

可見設置了自定義地震工況后,梁的組合彎矩包絡比原來明顯增加。

從兩個工程計算鋼筋對比看,設置了自定義地震工況使剪力墻墻柱配筋增加了10.9%。

2、考慮水池中水的動水壓力計算

國家標準《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范GB50032-2003要求考慮水池中水在地震作用下對池底和池壁的動水壓力即算,并給出明確的計算公式。

可由人工按照相關公式計算出動水壓力的具體數值,再當作自定義地震荷載輸入,在組合中設置和普通地震作用疊加或疊加+包絡的模式計算。

九、石化設備框架中自定義荷載工況的應用

上表為石化設備框架的荷載工況和組合的分項系數和組合值系數。

YJK中,一般恒載(即在荷載菜單的恒載下直接輸入的恒載)的分項系數為1.21.35,一般活載的分項系數為1.4,組合值系數為0.7,風荷載的分項系數為1.4,組合值系數為0.6,地震作用的分項系數為1.3。YJK默認的各種荷載分項系數和組合系數見下表。

因此,石化框架中的永久荷載中的、結構自重、設備和管道自重在YJK可以按照一般的恒載處理,可變荷載中的平臺均布活荷載在YJK可按照一般的活荷載處理,對風荷載和地震作用的計算也可按照YJK的模式處理。

但是,其他的荷載工況應按照自定義荷載工況輸入。

YJK中對每一種自定義荷載工況,須指定它的荷載類型和荷載分項系數、組合系數、重力荷載代表值系數等。荷載類型分為恒載、活載、消防車荷載、風荷載(+X、-X、+Y、-Y),地震荷載(X向、Y向、Z向),人防荷載。

如對石化框架中的可變荷載中的操作荷載,可按自定義的活荷載工況輸入,它的分項系數(非地震不利)填1.3,分項系數(非地震有利)填1.0,組合值系數填1.0。

對石化框架中的可變荷載中的試水荷載L5,可按自定義的活荷載工況輸入,它的分項系數(非地震不利)填1.1,分項系數(非地震有利)填1.1,組合值系數填1.0。

對石化框架中的永久荷載中的設備及保溫層自重,可按自定義的恒荷載工況輸入,它的分項系數(非地震不利)填1.2,分項系數(非地震有利)填1.0。

SNAGHTML4956484

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、自定義工況數量多時不宜選擇全組合方式

用戶使用自定義荷載工況時常出現的問題是:當自定義荷載數量較多時,在計算前處理的自定義荷載組合項選擇了全組合方式,造成截面設計部分的計算時間將很長。


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全組合方式下,組合的數量是自定義荷載工況數量的級數,當自定義荷載工況數量超過8個時,組合數量將達到幾萬個。因此建議當自定義荷載數量超過8個時,組合方式選擇疊加+包絡即可,其計算精度足夠。不宜選擇全組合,否則組合數太多,截面設計計算太慢,耗時太多。

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    湖北群: 426324028
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    湖南群: 228305842
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    山西群: 819946442
    河北群: 
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