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14多塔結構計算 -2016.6

發布時間:2016-06-27


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多塔結構計算

對于多塔結構,之前因為計算容量所限,常常只能把它拆分成一個個獨立的單塔計算,不能進行合塔整體模型的計算,這種計算方式不能滿足規范對多塔結構的設計要求。

一、規范關于多塔結構計算的相關規定

《高規》5.1.14 條:對多塔樓結構,宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算,并采用較不利的結果進行結構設計。當塔樓的裙房結構超過兩跨時,分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙房結構。

《廣高規》11.6.3-4條:大底盤多塔結構,宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算,整體建模主要計算多塔樓對大底盤部分的影響,分塔樓計算主要驗算各塔樓扭轉位移比。

、多塔定義的必要性

對于合塔的整體模型,是否一定要進行多塔劃分才能進行計算呢?

多塔結構的各個塔在結構上互相分開,即便不在前處理定義為多塔結構,結構有限元計算是完全按照實際各塔分離的模型計算的,僅從周期、位移、恒活內力等方面,是否定義多塔其結果是相同的。但是從規范要求的指標計算、風荷載計算等方面要求是需要定義多塔結構的。

多塔定義就把多塔結構的分開的部分明確劃分出一個個塔,并順序編號,在計算與設計時將區分各塔的屬性特征進行。

多塔結構在整體計算時,必須首先進行多塔定義的操作。這是因為,對于多塔結構風荷載的自動計算、分塔考慮地震作用的偶然偏心等都必須在多塔定義后才能正確進行。另外,各種計算統計指標是需要按照分塔輸出的。

當各塔樓是在同一層中布置的,即共用標準層建模方式建立的多塔結構時,多塔不劃分與劃分的差別主要有:

1、風荷載

不劃分多塔時把全層范圍當做迎風面計算風荷載計算。軟件把兩個塔中間的分離空間也當做了迎風面,造成風荷載計算偏大;但是當兩個塔排列的方向和風荷載相同時,只能計算其中一個塔的迎風面,又造成計算的風力偏小。

劃分多塔后各塔分別作為迎風面計算風荷載。另外,有伸縮縫結構需要作風荷載的遮擋計算,遮擋計算只有在多塔劃分后才能進行。

2、強制剛性板假定下的處理不同

如果不做多塔劃分,則同一層中的多個塔樓被按照同一個剛性板計算;如果進行了多塔劃分,則對各個塔樓分別采用剛性樓板假定計算。

3、地震力偶然偏心的計算,劃分后軟件分別對各分塔做偶然偏心計算

4、層統計參數的分塔分層輸出,定義多塔以后,分塔分層輸出的層統計參數有:

1位移比和位移角;

2剪重比;

3)剛重比;

4)層剛度比;

5樓層抗剪承載力比;

6塔樓為框剪結構時,框架部分柱剪力、框架柱部分的傾覆彎矩所占比例(依據該輸出結果按《抗震規范》6.1.3條第1款確定框架部分的抗震等級);

(7)當結構中存在短肢剪力墻時,每塔樓內柱及短肢墻所承受的傾覆彎矩百分比。

5、軟件可自動實現按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算

用戶可將全部多塔連在一起整體建模,軟件可自動實現按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算,并采用較不利的結果進行結構設計。這步工作的前提是要完成多塔定義。

軟件對其中的每個塔按照規范的要求自動切分成單個塔,每個分塔各包含底部模型,切分底部模型的范圍是裙房45°范圍。然后連續地分別進行各塔的單塔計算和全部多塔連在一起的整體計算,最終對各個單塔配筋設計時采用整體計算和單塔計算的較大值。

對于自動拆分出來的單塔,用戶可以在前處理的【計算簡圖】-【自動分塔示意】中查看拆分后的單塔模型。如果計算模型不合理,可以在【多塔定義】中通過【劃分拆分范圍】、【刪除拆分范圍】交互修改。

、哪些計算內容應在合塔的整體模型中得出

1裙房和大底盤部分

裙房和大底盤部分的設計結果應在合塔的整體模型中得出,正如廣高規》11.6.3-4的說明:大底盤多塔結構,。。。整體建模主要計算多塔樓對大底盤部分的影響;

2基礎設計應在合塔的整體模型下進行;

3對合塔模型必須進行多塔劃分的計算內容,如上節所述。

、哪些計算內容應在分塔的模型中得出

周期比應在各個單塔的計算模型中得出。

高規10.6.3-4大底盤多塔結構,可按本規程5.1.14條規定的整體和分塔樓計算模型分別驗算整體結構和各塔樓結構扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期的比值,并應符合本規程第3.4.5條的有關要求。

廣東高規11.6.3-4大底盤多塔結構,宜按整體模型和各塔樓分開模型分別計算,整體模型主要計算多塔樓對大底盤結構的影響,分塔樓計算主要驗算各塔樓的扭轉位移比,并應符合本規程第3.4.5條的有關要求。

從目前合塔的整體模型中,很難計算出各個單塔各自的扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期,因此各塔樓的周期比只能在各分塔計算中得出。

、多塔整體和分塔二者取大的要求是針對塔樓部分的

《高規》5.1.14 對多塔樓結構,宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算,并采用較不利的結果進行結構設計。

廣東高規取消了高規這里的并采用較不利的結果進行結構設計的提法,《廣東高規改為多塔樓結構宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算。當塔樓周邊的裙樓超過兩跨時,分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結構。裙樓屋面宜考慮與塔樓相互作用的影響并采取適當的加強措施。

對于多塔結構的裙樓和大底盤部分,合塔整體模型的計算結果完全可以直接使用,沒有必要再與分塔模型比較取大。因此,即便對于高規要求的整體模型和各塔樓分開的模型分別計算,并采用較不利的結果進行結構設計,也應針對裙樓以上的塔樓進行。

多塔包絡取大參數設置如圖3.5.1,用戶在YJK中設置了對多塔結構的自動包絡設計時,軟件僅對地下室以上的塔樓部分進行包絡設計,而對裙樓(不包含塔樓部分)地下室部分不進行包絡設計。

C:\Users\CHENDA~1\AppData\Local\Temp\SNAGHTML42e3c7.PNG

3.5.1 多塔自動包絡取大參數

有的用戶使用YJK對多塔結構的自動包絡設計后,在查看各個分塔結果時,常發現分塔的裙樓或裙樓以下部分有的桿件結果異常,導致這種異常的原因是自動分塔的模型存在缺陷,這種缺陷可由人工對自動劃分的分塔模型編輯修正。

、自動定義多塔的原理和參數控制

對于獨立多塔和設縫多塔的上部結構,每層的各塔是一個平面多邊形,在塔和塔之間完全分開。每個塔的多邊形外圍由梁或墻圍成,而各塔之間沒有墻或梁相連。利用這個特點,軟件根據各層梁、墻的布置狀況,可以自動搜索出由梁、墻組成的各個塔單元的最外圍輪廓,這個輪廓線就是各個塔的邊界線。為了能夠將輪廓線上的桿件明確地包含到塔內,軟件將輪廓線進行了適當的外擴,目前外擴了100mm。通過這種機制就實現了多塔的快速自動劃分。

由于在一個塔平面內,可能包含著另外一個或多個與周圍桿件不相連的閉合多邊形區域,如回字形的平面。對于這種情況,在多塔自動生成時將忽略掉內部閉合多邊形,并且將這些內部的封閉區域劃分到包含它的區域中,整體作為一個塔。

多塔自動生成時,對于延伸出多塔平面的孤立的墻、梁,只要這些墻、梁與某個塔直接或間接相連,就將它們歸入相應的塔內。

平面上常存在未與梁相連,又沒有被任何封閉區域包圍的孤立柱或孤立的墻,這樣的孤立柱或孤立墻通常是結構中的越層構件。軟件可根據與之相臨的上下層的桿件信息,找出它們應歸屬的塔號。

無論是多塔自動生成還是人工定義,都需要注意:軟件通過圍區的方法定義每個塔的范圍,構件屬于某個塔是以其定位節點為準的,所有定位節點都必須屬于某一個塔,即不能存在孤立的不屬于任何塔的節點,并且每一個節點不能同時屬于多個塔,否則,計算會出錯。當結構平面構件布置復雜時,可以使用軟件提供的多塔定義-【立面顯示】功能對定義的多塔進行檢查,以確保多塔定義準確性。如果模型進行了修改,多塔生成必須重新執行,否則會導致多塔信息錯誤。

多塔自動定義是根據平面上分離的多邊形的數量。實際工程中常見某個塔的上部樓層又分離出2個或多個多邊形,如頂部設置了多個分離的水箱間、電梯間等。這樣的情況不再按照多塔結構計算。為此,軟件設置了可確定最多塔數的參考層號參數,如圖3.5.2,隱含取裙房或者地下室的上一層為自動確定最多塔數的參考層號,該層號可由用戶修改。軟件以該層自動劃分的塔數作為該結構最終劃分的塔數。如果該層以上的某層中又出現了某個塔分離成多個塔的情況,軟件仍將這些分離部分當做一個塔來對待。

3.5.2可確定最多塔數的參考層號

上面所講的多塔定義多針對多塔結構按共用標準層方式建模情形。對于按照廣義層方式建模的多塔結構,軟件會自動進行多塔的劃分,但是計算要簡單得多。軟件中也支持同時存在廣義層多塔和普通多塔混合建模的形式,但建模時仍需注意,在樓層組裝中每個塔的各層應從低至高連續組裝。

、YJK在多塔自動劃分中的常見問題

1、各分塔的結構體系、體型不同時處理

對于已經分好塔的多塔模型,軟件支持為每個分塔指定不同的計算參數,包括結構體系、風荷載計算的周期和體型系數、0.2V0調整系數,如圖3.5.3所示。

3.5.3 分塔參數

另外,軟件也可對細分的每個塔的樓層單獨指定材料、抗震等級、鋼筋類別等信息,該功能可打開【樓層屬性】-【材料表】進行指定,也可以通過構件混凝土等級系列命令單獨在三維模型上進行修改,如3.5.4所示:

3.5.4 材料表

2、存在不想單獨分塔的突出結構時的處理

例如當多塔裙房頂部存在電梯機房等小的結構,不想獨立分塔計算時,可通過修改塔號】菜單,將其指定為想歸入的附近塔樓的塔號,則軟件會自動實現塔樓的合并,如圖3.5.5所示;或者可以通過圍區增加菜單,將其直接框入附近塔樓,也可實現同樣的效果。

3.5.5 修改塔號

3、多塔自動生成時提示某層存在未正確分塔構件…”時的處理

對于平面中存在一些不在封閉的梁墻范圍內的墻、柱、斜桿等獨立構件,若屬于越層的情況,軟件會根據該構件在上下樓層中的情況進行一定程度的自動識別;但對于確實完全獨立的豎向構件,則軟件不會自動判斷其塔號,此時在自動生成多塔的過程中,將出現如圖3.5.6所示的提示:

3.5.6 未正確劃分多塔時的提示

對于此類情況,一般可先選擇,讓程序繼續劃分多塔,并記住提示有問題的層號,等自動生成完成后,用多塔平面查看相應的樓層,找到標注塔號為0的節點,用【圍區增加菜單將其框選,即可歸入附近的塔中,如圖3.5.7所示。

F:\YJKRun\YJKHelp\trunk\yjkhelp\hlp\前處理幫助\images\未分塔構件_2.PNGF:\YJKRun\YJKHelp\trunk\yjkhelp\hlp\前處理幫助\images\未分塔構件_3.PNG

3.5.7 圍區增加

4、多塔連接關系判斷不正確時的處理

多塔生成后,建議使用多塔立面查看多塔的連接關系是否正確,也可以通過三維顯示查看各塔的顏色區分是否正常。如3.5.8所示情況,即表示多塔的連接關系判斷可能存在問題,此時對于后續的樓層指標統計,包括風荷載和地震剪力、剛度比、受剪承載力比值等均會造成影響。

3.5.8 多塔立面

對于多塔連接關系識別不正確,一般情況有:

1在樓層組裝表中,某塔的各樓層之間標高不連續,即上一層的層底標高下層底標高+下層層高,如圖3.5.9所示,某些底盤帶錯層的情況可能存在這種建模方式。底盤局部抬高或降低后,在組裝上方塔樓時直接將塔底標高抬高或降低。此時雖然模型中構件可正常連接,但組裝表的標高并不連續。該情況宜將組裝表設置為連續,上部塔樓的構件底部通過修改底標高的方式與下層銜接。

3.5.9 樓層組裝底標高不連續

2塔樓平面形狀比較特殊,如凹字形、類似體育場館的環形、外輪廓挑出的梁墻較多的情況,該類復雜情況下,若軟件的自動生成無法適應,可用數據清空刪除程序自動生成的數據,使用多塔指定完全手工指定生成,手工指定的輪廓線盡量不要超出塔樓外輪廓太多,以便程序正確識別。

5、多塔按整體和分塔包絡設計時,分塔模型自動劃分不合理的處理

當在自動分塔參數中勾選了選項時,軟件會自動按45°擴散角生成各個分塔模型在裙房部分的相關范圍。但當遇到平面復雜、構件斜交較多、塔樓斜置等復雜情況時,軟件自動劃分的裙房相關范圍不一定合理,從而可能出現整體計算可以通過,但單塔樓計算不能通過的問題。如3.5.10中,出現了分塔模型中2層局部結構懸挑的問題。

3.5.10 自動分塔模型不合理

凡是該類情況,均可以用多塔菜單下的劃分拆分范圍解決。該功能相當于直接指定裙房的相關范圍,只要指定對應的上塔塔號后,在裙房部分勾勒出相關范圍的圍區形狀即可,如圖3.5.11所示。

除了上述的應用外,對于連體結構,也可以使用該功能,實現有連體多塔的分塔整體包絡設計功能。在連體及其上部所有樓層,均圍出主塔部分范圍(忽略連體部分),即可實現此效果。

3.5.11 劃分拆分范圍

6、連體結構的分塔方法

對于連體結構,推薦的建模方式是將連體部位相關的兩塔與連體建為同一樓層,相應的在多塔劃分時連體及相關兩塔為同一塔號,一般軟件自動劃分的效果如3.5.12所示,連體部位塔號均為1號塔。

3.5.12 多塔劃分

軟件自動劃分的塔號如圖3.5.12存在不連續的情況時,可以通過修改塔號稍作修改即可。如將原先連體上方右側塔樓改為2塔,再將原先3塔改為1塔即可。

實際上,無論塔號是否修改為上下一致,只要立面顯示菜單中多塔的連接關系正常,沒有脫開、交錯等情況,則對于剪力、剪重比、受剪承載力比、剛度比等樓層指標的統計均能正確進行。但是對于連體模型需要考慮自動進行分塔和整體的包絡設計時,則宜盡量確保塔號的一致,并且必須使用前一條目中的劃分拆分范圍功能,在連體及其上部所有樓層圍出主塔部分范圍,如圖3.5.13所示。

3.5.13 修改后的多塔劃分

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