【设计师之声专栏】绘图员的日子（十一）菜鸟玩模型

关键词：周期比 位移角 连梁超筋 轴压比 墙肢稳定 拓扑优化 模型校对 异形板

最近很忙，但自觉并未全身心投入工作。一是在思考这一年来自己工作的进步与存在的不足，做的项目不多，但难度系数较大，对于一个新手而言，我想不管在工作上还是思维上都有不同的收获，为认识自身能力不足克服自身缺陷，严严实实的上了一堂课，希望自身尽快调整，以一个全新的姿态面对接下来的人和事；二是和大多人一样，受gp的影响，虽然自身并未参与，但还是有所波及，工作开始变得有些浮躁，自觉十分讽刺，人性使然，看不清，识不透，还是脚踏实地，规避外界不利干扰吧，选择这条路，便要定心定力。

HF的高层住宅主体是确定由我和H君一起来完成，周期很短，任务很重。之前有过断断续续的调模型、绘制梁板配筋图，没有像这次系统的将整个流程进行到底。H君之前跟我抱怨，工作一年都是在画梁板图，出变更，没能去接触模型，真心觉得没什么意思。当时我呵呵应之，我倒觉得绘图是入门的第一步，这种感觉在我于13年在杭萧钢构实习就深有感触。图纸是工程师的语言，水平跃然纸上，不是吗？

好吧，既然这次话题是模型，还是回归主题。调模型，我也是菜鸟，不能像专业负责人那般驾轻就熟，只能说说自己在这个过程中的感想，期望下个项目能少走弯路（特别是电脑配置不好，那可真是心酸）。

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关键词：周期比 位移角 连梁超筋 轴压比 墙肢稳定 拓扑优化 模型校对 异形板

[周期比]（概念 要求 调整）
对于周期比，国家高规提出来第一扭转周期和第一平动周期的比值要求，通俗点就是把结构设计成更容易平动指标不足而非扭转，这是肯定扭转不利的硬性规定。

对于周期比的考虑，众说纷纭，尤其是在多层结构中更是说法不一，有人认为多层不必考虑周期比，原因在于高规才提到了扭转不规则包括位移比和周期比两方面，而抗规只提及了位移比的要求；

相反，也有很多人说多层也要考虑周期比，理由是抗震3.4.1的条文说明（P268）中指出周期比大于0.9就属于特别不规则，需要专门论证，且抗规3.5.3-3：结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。若是周期比大于0.9了，往往两个平动周期的比值就稍微大了，但是规范没给出量化的指标。

随着对结构设计认知的不断深入，挑战背后不断的尝试与解读，不同地区不同专家对设计也有了不同的看法，广东高规未对周期比提出要求，同时处于巅峰的泰斗们也认为国标对于周期比的要求多少是有些不太合适的，魏链大师提出控制位移比才是根本，具体做法可能有待深化。

在调高层剪力墙模型时经常会遇到周期比不足的情况，尤其是不规则，高宽比较大的结构更是如此，下面针对上个项目说说应对措施：

既然是想把结构设计成扭转第三，对应的扭转刚度最大化。一般方法就是通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。由于结构外围的抗侧力构件对结构的抗扭刚度贡献最大，所以总的调整原则不外乎加强结构外围墙、柱或梁的刚度，或适当削弱结构中间墙、柱的刚度。利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，削弱需要增大周期方向的刚度。HF高层项目方案真的是折腾死结构，几乎没有传力连续的墙体，全部错位的布置真是要命，最后搭好模型发现只有中间墙勉强能构成传力路径，所以算下来周期特性和位移指标特别不好，花了很大气力去调整。

当结构的第一或第二振型为扭转时，可按以下方法调整：
1）当第一振型为扭转时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，有条件加墙，无条件可以试着和建筑商量加高外圈梁，将高宽比较小的框梁以墙梁形式建模也大有裨益，另外还应适当削弱结构内部的刚度，尤其是核心筒区域。
2）当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的抗侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。

总的来说，当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求；当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求。
当结构的周期比小于1大于0.9时，可按以下方法调整：增强扭转刚度最直接，削弱第一平动为辅。
在调模型过程中，一定要细心，耐心，善于发现微小调动带来的细微变化。这其中有个问题可能会困扰。出现那种混合周期，如何从中判断扭转周期的阶次：可以通过查看各个振型里各个位移分量的质量参与系数，根据他们可以判断第二周期究竟是平动还是扭转，可惜pkpm不提供这样的输出结果，sap和etabs的输出结果就比较详细一些。
对于一些复杂工程，主振型的判断还需参考基底剪力是否为最·大。按照动力学观念，第一周期主要与结构的自身特性（质量、刚度以及边界条件）相关，与外界力无关，地震作用只是提供一个激震力，而基底剪力则是反应这个激震效果的一个指标。
[位移角]
我的理解，位移角属于结构柔性范畴，即结构的正常使用功能要求，它是衡量结构刚度及变形能力的指标。。位移角不是建立在楼板刚性假定基础上，属于量化指标，位移角限值是以钢筋混凝土构件开裂时的层间位移角为参考的。参考广东高规可知，基于以下几点考虑，广东高规中放松了对位移角限值的要求。

1.对钢筋混凝土受弯或大偏心受力构件而言，混凝土开裂时钢筋的应力通常较小，通常可以任务只要钢筋不屈服，结构基本还处于弹性阶段，故国家高规取值偏保守。
2.工程实践表明，结构分析得到的结构自振周期往往较实测为长，规范要求对计算周期乘以小于1的系数来加以修正，然而结构分析得到的位移却没有相应修正。
3.通常层间位移角以中上层居大，上部楼层的侧向位移中有相当部分是由于下部楼层的转角（刚性位移）所引起的，而刚性位移是不会产生结构内力的。
4.从等位移原理来看，大震作用与小震的比值大致为6倍多，而从规范对于结构层间弹塑性极限位移角的取值可以看出，弹性位移角限值仍是偏于保守。
调位移角，其实我的经验也不足，无非是有条件的地方加墙，没条件就找地方改连梁为墙梁，对于墙梁和连梁的区别就不说了，这个调整效果还是蛮明显的，其他的就是加梁高咯。另外还有一个比较体现水平的手段，那就是认清结构的主要受力体系，可以从构件受力状态着手。

[连梁超筋 ]
连梁超筋是这次调模型中的第三个头疼的问题 ，可能是结构布置不合理，导致废了很多精力来控制超筋。其实在调模型中，总是会存在那么一两个顽固分子（飘红），一般都是剪压比超超限。可能有人会认为连梁超筋不用管，正好在地震来临的时候连梁最先破坏，形成塑性铰而耗散能量，正符合我们的抗震概念设计的预期要求，这话看似有理，却只知其一不知其二。
高规 7.2.24、7.2.25 为实现连梁的强剪弱弯，本规程第7.2.21、7.2.22条分别规定了按强剪弱弯要求计算连梁剪力设计值和名义剪应力的上限值，两条规定共同使用，就相当于限制了连梁的受弯配筋。 说到底就是为了保证连梁的“强剪弱弯”。若是红而不调，实际上便违背了规范的意图，也即强剪弱弯得不到保障

连梁超筋的调整措施：
1.关于连梁刚度的折减。连梁由于跨高比小 ，与之相连的墙肢刚度大等原因 ，在水平力作用下的内力往往很大 ，连梁屈服时表现为梁端出现裂缝 ，刚度减弱从而导致内力重分布。因此在开始进行结构整体计算时 ，就需对连梁刚度进行折减。广东高规指出，当结构在抗风设计控制时，刚度折减系数不宜小于0.8；抗震设计控制时，折减系数不宜小于0.5；作设防烈度（中震）构件承载力校核时不宜小于0.3。

2.加连梁跨度减少高度。在连梁设计中， 刚度折减后 ，仍可能发生连梁正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不够的情况，这时可以增加洞口的宽度，以减少连梁刚度。减少了结构的整体刚度，也就减少了地震作用的影响，抗弯刚度的降低比抗剪刚度降低快，这样连梁的承载力有可能不超限。以上两种都是调整刚度的范畴，按照这种方法把超筋的连梁刚度降下来之后，就需加强周围相应的连梁和墙肢，这就是协调与匹配的关系。但是，在实际操作过程中，好像大多数人都只知道把连梁刚度进行折减，却很少意识到把周围的结构进行加强。

3.增加剪力墙厚度。亦即增加连梁的截面宽度，其结果一方面由于结构整体刚度加大，地震作用产生的内力增加，另一方面连梁的受剪承载力与宽度的增加成正比。由于该片墙厚增加以后，地震所产生的内力并不按墙厚增加的比例分配给该片剪力墙，而是小于这个比例，因此有可能使连梁的受剪承载力不超限。

4.提高混凝土等级。混凝土等级提高后， 结构的地震作用影响增加的比例远小于混凝土受剪承载力提高的比例，有可能使连梁的受剪承载力不超限。

5.点铰变为简支梁，只承担竖向荷载，不提供整体刚度。

6.双连梁 也即在连梁中设缝使之成为双连梁，对于这种形式的处理在设缝多柱中早已出现过，它可以成功完成在不降低抗剪能力的前提下弱化抗弯承载力，这次项目有试着采取这个方法，最终证明无效，可能是剪力太大的缘故吧。

6.地震区高层建筑的剪力墙连梁 ,在进行了上述调整后，仍有部分不符合承载力要求时，可取连梁截面的最大剪压比限值确定剪力。然后按“强剪弱弯”的要求 ,配置相应的纵向钢筋。此时如果不能保证连梁在大震时的延性要求，应重新计算整个结构，必要时调整结构布置 ，使连梁的承载力符合要求。

7.交叉斜筋、对角暗撑 未尝试，也就没什么好说的。
上述各种措施中 ,在能满足整体刚度的情况下，可先采用刚度折减，如仍超限可尝试采用其余各种措施。连梁的调整体现了结构艺术的收与放，有些时候，构件至强至刚不一定是好事，而保证其延性才是根本。

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