[必看]：结构CAD和新规范应用交流

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结构CAD和新规范应用交流  


     总结广厦结构CAD研发和应用的经验，介绍广厦结构CAD对一些结构设计问题的处理和新规范的修改，希望对大家的结构设计工作有所帮助。
第一部分 对各种结构形式的处理
我们将结构形式分四类：
1． 纯砖混
在建模时：可输入砖墙；纯砖混平面上所有的柱自动作为构造柱处理；所有梁简化为次梁输入。
在“楼板次梁砖混计算”中：砖墙按底部剪力法进行抗震验算；进行砖墙的总体抗压验算；梁按连续次梁计算。
可得结果：
砖墙抗震验算结果
砖墙总体抗压验算结果
砖墙剪力
砖墙轴力
砖墙下条基础平面施工图
上部结构各层结构平面施工图
2． 底框结构
在建模时：底层按框架框剪结构输入；其它层按纯砖混平面输入。
计算时：在“楼板次梁砖混计算”中计算砖混部分；底框部分采用空间分析程序进行计算。
可得结果：
砖墙抗震验算结果
砖墙总体抗压验算结果
砖墙剪力
砖墙轴力
砖混底部和框架顶层的两个方向的侧移刚度比
框架柱下基础施工图
上部结构各层结构平面施工图
3． 混合结构
在建模时：可输入内框、外框、边框、上几层砖混而下几层混合结构；要求混合结构中主梁端必须有柱，否则按次梁布置。
计算时：在“楼板次梁砖混计算”中计算砖混部分；框架部分采用“空间分析程序SS”进行计算。
可得结果：
砖墙抗震验算结果
砖墙总体抗压验算结果
砖墙剪力
砖墙轴力
砖墙下条基础平面施工图
框架柱下基础施工图
上部结构各层结构平面施工图
4． 框架、框剪、剪力墙和筒体结构
广厦结构计算SS/TBSA/TAT是流行空间薄壁杆系计算，为了解决空间薄壁杆系计算中剪力墙计算的较大误差，有些计算采用壳单元来计算剪力墙，壳单元由板单元和膜单元合成，板单元的平面外刚度作为剪力墙的平面外刚度，这与剪力墙计算不考虑平面外刚度矛盾，此过大的平面外刚度可能会引起空间分析时水平力的分布不合理和连梁负弯矩偏大两个问题，为解决平面外刚度过大的问题，广厦结构SSW在梁与剪力墙交接时自动采用镶边墙元，更合理计算连梁和剪力墙柱。

第二部分 新规范版本CAD修改要点
今年所有新规范正式发布，结构设计人员必须在半年内完全掌握新规范的设计要求，原规范将在明年1月1日废止，在这么短的时间内要完成从原规范到新规范的过渡，没有结构CAD的帮助是不可能实现的，广厦将在全国举办一百多场类似研讨会介绍结构CAD如何按新规范修改，帮助结构设计人员完成今年的顺利过渡。
广厦今年5月1日后提供的软件狗中已包含新规范8.0版的加密信息，采用8.0版重新安装即可采用新规范设计，由于高规发布的延迟，8.0版计划在7月份正式发布。
以下括号内数字为设计规范条文，“抗”代表建筑抗震设计规范，“高” 代表高层建筑混凝土结构技术规程，“混”代表混凝土结构设计规范，“砌”代表砌体结构设计规范，“地”代表地基基础设计规范。

1新规范修改背景及指导原则
工程界关于结构可靠度的大讨论：
基于概率极限状态的设计方法是否适用？
结构设计安全度是否需要大幅度提高？
最后结论：
可适当提高结构的设计安全度
与国际主流规范靠近

2设计可靠度调整
风、雪标准值重现期30年→50年（荷载增加10%）（荷条文说明6.1.2和7.1.2）
楼面活荷标准值由1.5→2.0kN/m2（大幅度提高板的用钢量）（荷4.1.1）
增加恒载为主的效应组合（增加恒载分项系数1.35的组合，相对1.2，内力增加10%）（荷3.2.5）
风荷地面粗糙度由3类→4类（原C类分为C和D类，ABC类风荷载增加，D类比89规范的C类减小）（荷7.2.2）
不上人屋面活荷载由0.7→0 .5kN/m2（荷4.3.1）
取消高层建筑风载可提高10%的规定

3抗力方面
调整了材料
混凝土材料分项系数由1.35→1.4（混条文说明4.1.3）
Ⅱ级钢强度设计值fy由310→300N/mm2(混4.2.3)（增加用钢量）
砌体材料性能分项系数由1.5→1.6(砌4.1.5)
放弃消混凝土的弯曲抗压强度fcm,统一采用轴心抗压强度设计值fc，强度降低10%（混条文说明4.1.3）。
取消恒载为主的柱安全等级提高的规定（混条文说明4.1.3）

4承载力计算方面
正截面承载力计算
原规范混凝土构件的平截面假定和钢筋应力应变关系正确，fc代替fcm和增加高强混凝土有关规定（增加了佷多调整系数）（混条文说明4.1.3）。
斜截面承载力计算
混凝土受剪承载力采用抗拉强度ft，代替原抗压强度fc（混条文说明7.5.1）。

5剪力墙柱的构造要求
5.1柱截面纵向钢筋最小配筋率的加强（抗6.3.8）
新规范
类别 抗震等级
一 二 三 四
中柱和边柱 1．0 0．8 0．7 0．6
角柱、框支柱 1．2 1．0 0．9 0．8
旧规范
类别 抗震等级
一 二 三 四
中柱和边柱 0.8 0.7 0.6 0.5
角柱、框支柱 1.0 0.9 0.8 0.7
5.2柱箍筋加密区箍筋间距和直径的要求（抗6.3.8）
引入“柱根”概念，三、四级抗震底层柱箍筋加密区最大间距100mm，四级
抗震底层柱箍筋最小直径8mm。
二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外
最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋
最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小
于8mm。
框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于100mm。
5.3边柱、角柱及抗震墙端柱在地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%，考虑藕联边柱不需放大（抗6.3.9）。
5.4柱箍筋加密范围的变化（抗6.3.10）
底层柱、柱根不小于柱净高的1/3。
剪跨比不大于2的柱取全高。
一级及二级框架的角柱，取全高。
5.5柱箍筋加密区的最小体积配箍明显增加（抗6.3.12）
应符合下列要求：
ρν≥λνfc/fyν
式中ρν 柱配筋加密区的体积配箍率，一级不应小于0.8%，二级不应小于0.6%，三、四级不应小于0.4%；计算复合箍的体积配箍率时，应扣除重叠部分的箍筋体积；框支柱不应小于1.5%，最小配箍率特征值提高0.02；剪跨比小于等于2时，不应小于1.2%，9度时不应小于1.5%；
fc 混凝土轴心抗压强度设计值；强度等级低于C35时应按C35计算；
fyν 箍筋或拉筋抗拉强度设计值，超过360N/mm2时，应取360N/mm2计算；
λν 最小配箍率特征值，宜按下表采用。
抗震 等级 箍筋形式 柱轴压比
≤0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.05
一 普通箍、复合箍 0.10 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.23
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.18 0.21
二 普通箍、复合箍 0.08 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0.22 0.24
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.22
三 普通箍、复合箍 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.20 0.22
螺旋箍、复合或连续复合矩形螺旋箍 0.05 0.06 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.18 0.20
5.6一级和二级抗震墙，底部加强部位在重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比，一级（9度）时不宜超过0.4，一级（8度）时不宜超过0.5，二级不宜超过0.6，轴压比的计算方法与柱不同（抗6.4.5）。
6梁的构造要求（混10.2.6）
当梁的截面尺寸较大时，有可能在梁侧面产生垂直于梁轴线的收缩裂缝。原规范梁高大于700mm加腰筋，新规范梁腹板高度(梁高减去板厚)≥450mm加腰筋，每侧腰筋面积≥0.1%x梁宽x梁腹板高度，间距不宜大于200mm。

7建筑抗震设计规范
7.1设计地震分组（抗5.1.4）
将原规范的设计近远震改为设计地震分组，水平地震影响系数最大值有更详细的规定，增加7.5和8.5度，水平地震影响系数最大值对应下表中带括号的值。
建筑结构的地震影响系数应根据场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值应按表1采用；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表2采用，计算8、9度罕遇地震作用时，特征周期应增加0．05s。
表1          水平地震影响系数最大值
地震影响 6度 7度 8度 9度
多遇地震 0.04 0.08（0.12） 0.16（0.24） 0.32
罕遇地震 -- 0.50（0.72） 0.90（1.20） 1.40
表2            特征周期值  
设计地震分组 场地类别
一 二 三 四
第一组 0．25 0．35 0．45 0．65
第二组 0．30 0．40 0．55 0．75
第三组 0．35 0．45 0．65 0．90
7.2反应谱的范围增加（抗5.1.5）

反应谱的范围由3秒延伸到6秒，5Tg以内与89规范相同。

8混凝土结构设计规范
8.1取消混凝土的弯曲抗压强度fcm，以α1fc代替，α1当混凝土等级不超过C50时为1.0，C80时为0.94，其间按线性插值，fcm>α1fc，计算配筋将增大（混条文说明4.1.3）。
8.2 (混4.1.4)混凝土强度设计值有改变,同时增加了C65、C70、C75和C80的强度设计值和弹性模量，取消弯曲抗压强度fcm,在如下计算有内容修改：SS/SSW空间分析、砖混计算、楼板计算、次梁计算、裂缝挠度验算、独立基础计算、桩基础计算、弹性地基梁计算、筏板基础计算、柱双偏压验算。
8.3（混4.2.3）新三级钢HPB235、HRB335、HRB400（RRB400），HRB400为非预应力主导钢筋，采用I和II级钢时，按新规范设计用钢量将增加10-20%，采用III级钢可适当降低用钢量和造价。原Ⅱ级钢强度设计值310变为300N/mm2,Ⅲ级钢强度设计值340变为360 N/mm2。
8.4（混7.1.2）修改了混凝土受压的应力与应变曲线。
（混7.1.4）修改了混凝土相对界限受压区高度ξb公式
  (混7.1.5) 修改了纵向钢筋应力公式,影响空间分析和柱的双向偏压验算。
8.5（混7.3.1）正截面受压承载力公式:N≤0.9φ(fcA+fy´As´)，原规范无0.9系数。
8.6（混7.3.14）给出了划分多个有限元的矩形柱双向偏心受压验算公式(见附录F)，
柱配筋面积可能减少。

8.7（混7.5.4）斜截面受剪承载力验算梁的箍筋公式:
      抗拉强度ft代替原规范抗压强度fc，1.5系数变为1.25。

8.8(混7.7.4)矩形柱的阶形基础冲切承载力公式
  ■把原规范公式中的系数0.6提高到0.7,公式可靠性指标所有降低.
  ■引入ßh,考虑截面高度尺寸效应对受冲切承载力的不利影响。
8.9（混8.1.2）裂缝宽度公式中系数有变化。
8.10（混9.2.1）混凝土保护层厚度有变化,梁板墙柱保护层厚与混凝土强度有关,增加了基  础保护层厚度的规定。

8.11（混9.3.1）受拉钢筋的锚固长度计算公式：
      Ⅱ、Ⅲ级钢 α=0.14 当直经大于25mm时，还应乘以系数1.1。
8.12（混11.1.7）纵向受拉钢筋的抗震锚固长度
二级抗震等级：laE=1.15la
三级抗震等级：laE =1.05 la
四级抗震等级：laE = la
8.13（混9.5.1）受弯构件单侧最小配筋率：max（0.2,45 ft/fy）,原0.15改为0.2,板钢筋将有大幅度提高。
8.14（混9.5.2）卧置于地基上的混凝土板，板中受拉钢筋的最小配筋率可适当降低，但不应小于0.15%。
8.15（混10.1.7）板边支座钢筋面积不宜小于板跨中相应方向底筋面积的三分之一。
8.16（混10.2.5）梁内受扭纵向钢筋公式有变化。
8.17（混10.2.6）梁端简支时,在支座的配筋面积不少于跨中底筋的1/4。
8.18（混10.2.10）梁箍筋的配筋率ρsv≥0.24ft/fyv,此公式有变化。
8.19（混10.3.1）圆柱纵筋根数不宜少于8根,且不应少于6根。
8.20（混10.4.5）顶层框架梁端上部纵筋As≤0.35 ßc fc bb ho /fy
梁上部和柱外侧钢筋配筋率过高时，将引起顶层端节点核心区混凝土的斜压破坏。
8.21（混10.7.1）l0/h<5.0的梁按深受弯构件设计,原规范没有此短梁定义,深梁与一般梁
之间过渡状态。
8.22（混11.3.6）框架梁的最小配筋率可能与ft/fy比值有关。
8.23（混11.3.9）梁全长箍筋的最小配筋率公式中ft代替fc。


9高层建筑混凝土结构技术规程（送审稿）
9.1四类地面粗糙度
进行风荷载的计算时，第四类地面粗糙度指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
9.2结构各楼层的水平地震剪力标准值不满足下列要求将在总信息增大地震力调整系数
水平地震作用计算时，结构各楼层的水平地震剪力标准应符合：
VEKi≥λ∑Gj
式中
VEKi——第i层的楼层水平地震剪力标准值。对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应按本规程5．1．14条的规定乘以 1．15的增大系数；
λ——水平地震剪力系数，不应小于下表规定的最小值；
Gj——第j层的重力荷载代表值；
n——结构计算总层数。
楼层最小地震剪力系数
类别 7度 8度 9度
扭转效应明显或基本周期小于3．5s的结构 0.016（0.024） 0.032（0.048） 0.064
基本周期大于5．0s的结构 0.012（0.018） 0.024（0.032） 0.040

9.3无地震作用效应组合时恒载分项系数的增大
无地震作用效应组合时，恒载分项系数当其效应对结构不利时89规范为1.2，现对由可变荷载效应控制的组合为1.2，对由永久荷载效应控制的组合为1.35，无地震作用效应组合时内力一般比以前增大了。
9.4计算地震剪力放大
当高层建筑结构某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%时，该楼层的计算地震剪力应乘以1．15的放大系数。
9.5考虑重力二阶效应及结构稳定
在水平力作用下，带有剪力墙或筒体的高层建筑结构的变形形态为弯剪型，框架结构的变形形态为剪切型。计算分析表明，如果结构刚度和重力荷载比满足一定的要求，重力二阶效应可以忽略不计，但重力荷载在水平作用位移效应上引起的二阶效应（重力P-△效应）有时比较严重。对混凝土结构，随着结构刚度的降低，重力二阶效应的不利影响呈非线性增长，直至引起结构的整体失稳。
9.6增加三级框架结构的底层柱底截面的弯矩的放大
抗震设计时三级框架结构的底层柱底截面的弯矩设计值采用考虑地震作用组合的弯矩值与1.15的乘积，89规范只对一、二级放大。
9.7剪力和配筋公式有所变化
9.8抗震时各级内力调整系数有所增加

10砌体结构设计规范
10.1砌体材料的变化（砌3.1.1）
引入了近年来新型砌体材料，在录入系统“主菜单-选项-砖混总信息”中根据砌体所用材料，分别选择1为烧结普通砖及烧结多空砖，2为蒸压灰砂砖及蒸压粉煤灰砖、3为单排孔混凝土砌块及轻骨料混凝土砌块，计算时区别在于它们的抗剪强度和抗压强度。

11地基基础CAD修改
1. (地3.0.4)
基底面积、桩数确定用荷载效应标准组合
计算地基变形时，用荷载效应准永久组合，不计入风荷载和地震作用
承台高度、基础内力计算、不计入风荷载和地震作用

2. (地5.2.4)
fak——地基承载力特征值
fa——修正后的地基承载力特征值
fa= fak+ηbγ（b-3）+ηbγm（d-0.5）

3. (地8.2.7)受冲切承载力公式改
Fl≤0.7βhpftamho
am=（at + ab）/2

4. (地8.4.7)平板式筏基板厚应满足受冲切承载力要求
τmax=Fl/umho+Mumb cAB /Is
τmax=0.7(0.4+1.2/ βs) βhpft
am=1-1/[1+2/3(c1/c2)1/2]

5. （地8.4.7）平板式筏板受剪承载力
Vs≤0.7βhsftbwho

6. (地8.5.3)桩顶竖向力
Qk=(Fk+Gk)/n±Mxkyi/∑yi2±Mykxi/∑xi2
Fk,Gk为标准值
Qk≤Ra
Qkmax≤ 1.2Ra
Ra——单桩竖向承载力特征值

7. (地8.5.16)三桩承台弯矩
M1=Nmax/3（s-0.75C1/（4-α2）1/2）
M2=Nmax/3（αs-0.75C1/（4-α2）1/2）

8. (地8.5.18)承台斜截面受剪
V≤βhsftboho  β=1.75/（λ+1.0）


第三部分 常见问题
对多层框架结构的工程，用SS计算和用SSW计算的差别在哪里？
考虑地震作用时，SSW采用藕连计算，SS没有。其它相同。
一根设计上连续的框架梁被一根次梁或主梁截开，该梁在计算时能否分段计算？
在计算时，主梁作为一根梁还是几段梁，结果不会相差很大。在生成施工图时，根据构造上的要求，必须合并成一根梁，如果CAD没有自动处理，设计人员必须手工合并。
3、对于一栋用变形缝分开的建筑物，可否将变形缝两侧的建筑物合在一起录入计算？能否这样计算？为什么？
对于多层建筑物，如果变形缝两侧体型比较对称，合在一起录入或分开录入，差别不是很大；但如果两侧刚度差别较大时，由于将水平力（风和地震）的两个作用点合并成一个作用点，刚度小的部分会随刚度的大的部分进行水平方向的强迫运动，对计算结果有一定影响，这种情况最好按两栋建筑物设计。
有没有考虑活载不利分布计算问题？
在空间分析中，考虑活载不利分布时，计算工作量过大，一般采取在总体信息中设置梁跨中弯矩放大系数简化处理。广厦的次梁计算已考虑活载的不利布置。
5、有无考虑活载折减问题？（梁、柱、基础）
SS和SSW都已经考虑，SSW在总信息中有开关设置是否折减。
地下室能否和上部结构一起计算吗？
SSW计算可以，须在总信息中设置“地面层对应的结构层号”和“基底相对于地面层的标高”。
SS没有考虑此功能。一起计算时，有以下三方面内容需特殊处理：地震力计算、风荷载计算和首层柱内力放大。
总信息中，跨中弯矩乘以放大系数后，梁端弯矩是否放大了？
仅增大了跨中弯矩，支座处弯矩没有增大。
柱的计算箍筋的显示很多时候都是0/0，能否将配筋数值显示出来，以便于设计、审核？
箍筋按构造布置时，配筋面积显示为0/0；由于箍筋构造布置并非唯一，它与箍筋类型、纵筋直径等有关，所以箍筋的配筋数值不便给出。
为什么各个程序计算出的柱配筋结果不一样？
首先，在计算模型一致，地震力、风、荷载相同的情况下，当前主流计算程序如广厦SSW、广厦SS、TBSA、TAT、SATWE等计算出的内力是一样的。
但是，在单向配筋计算时，广厦以前版本考虑的内力组只是最大最小轴力、最大最小弯矩和最大最小剪力，而其他程序（包括广厦现在版本）则考虑所有内力组，结果会较前者大；在双向验算时，广厦程序取所有工况下的精确验算，其他程序则采用简化方法，简化方法验算的结果偏大，在新规范中已被取消。
在有些工程中，当分别采用壳元和墙元程序分析计算时，框架与剪力墙的弯矩分配不尽相同
现在普遍使用的有限元程序有SATWE（壳元）与广厦SSW（墙元），在计算剪力墙时，由于壳元提供了平面外刚度，必然会承受平面外剪力，这与剪力墙的构造措施没有考虑平面外内力作用不符；肯定减少了柱的剪力分配，会造成框架不安全。广厦SSW采用镶边柱来控制平面外刚度，使框架与剪力墙之间的弯矩分配变得合理。
为什么有时侯边梁的扭矩过大？
边梁抗扭过大是因为交叉梁是以固接边界条件进入空间分析所引起的。许多程序不能分主次梁所以引起这种现象，在广厦里有两种处理方法：1、交叉梁采用次梁模型2、指定交叉梁边界条件铰接。
两种方法用空间分析计算底框工程
用空间分析计算底框工程的方法目前有两种，第一种是SATWE采用的底框与砖混一同进入空间分析计算的方法，采用这种方法有可能会出现如下不便：当柱和梁托砖墙的几何关系处理不对时容易出错，这种框支情况在底框工程中非常普遍，比框剪结构要复杂很多，空间分析来处理底框有较大的准确性风险；第二种则是广厦所采用的模拟手工导荷方式，先将砖混部分以荷载方式导至底框顶层，底框部分进入空间分析，而砖混部分则只是以荷载的方式进入空间分析。这也是目前跟手工方式较接近的一种方法。
用空间分析计算混合结构
现在广厦可以处理较复杂的混合结构，诸如内框、外框、边框等，或者底部混合上部纯砖混以及非正交的混合结构都可以计算。在进行混合结构设计时可以有L、T、十异形柱。
200mm以下宽梁和200mm以下肢宽异形柱剪力墙搭接时钢筋摆放问题
200mm以下宽梁和200mm以下肢宽异形柱剪力墙搭接时，梁纵筋一排最大根数为2根，计算最大根数时要考虑异形柱剪力墙纵筋所占的位置，否则混凝土倒不进去，放不下时放两排，广厦建筑结构CAD8.0已在自动生成施工图时自动考虑。
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