广厦说明书第04章.docx
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广厦说明书第04章
有关计算的原则
99
第4章有关计算的原则
1弹性楼板和刚性楼板
程序在计算楼层侧向刚度和楼层位移时按全楼平面内无限刚计算。
在总信息中选择是否“所有楼层强制采用刚性楼板假定”来决定结构计算模型，当选
择“刚性”模型时，按全楼平面内无限刚计算位移和内力；当选择“实际”模型时，根据楼板的单元计算类型和节点周边板的情况，自动形成实际模型来计算位移和内力。
楼板的单元计算类型分为：
1）刚性板（面内无限刚，面外刚度为0）；
2）膜单元（面内弹性刚度，面外刚度0）；
3）板单元（面内无限刚，面外是弹性板刚度）；
4）壳单元（面内面外均为弹性刚度）；
5）三维单元。
“实际模型”判据为：
当结构有采用刚性板或板单元的楼板时，根据楼板所采用的计
算单元自动形成多块平面内无限刚的刚板，对于用户指定为膜单元、壳单元和三维单元等
的不属于刚板上的楼板或节点，自动根据实际情况按弹性楼板或自由节点计算。
当采用楼板平面内无限刚假定时，结构的位移参考点的选取对分析结果有一定的影响。
位移参考点的不同会影响结构的总刚、侧向刚度、振型、周期和地震力等。
在GSSAP软件
中结构的位移参考点取为每层的质量中心，即俗称“拐把模型”。
所有楼板缺省为刚性板，考虑楼板平面内弹性变形对结构的影响时，请人工选择板的单元计算类型为膜单元，板单元用于厚板转换的楼板。
2模拟施工和后浇计算
在不考虑竖向荷载模拟施工加载的计算中，虽然竖向构件考虑了轴向变形的影响，但
是竖向荷载是一次施加的，对轴向变形影响偏大，上层构件受力与实际不符。
对于结构竖向构件刚度分布不均匀或结构层次较多的建筑物，其影响更大，计算中梁端弯矩会出现反向，甚至上层柱会出现受拉的不合理结果。
竖向荷载由恒荷载和活荷载两部分组成。
高层结构的活荷载一般较小，大体上与施工荷载相当，程序不考虑活荷载模拟施工。
在竖向恒荷载作用下，结构变形基本上是在施工过程中逐层形成的。
施工过程中，由于逐层找平的原因，在某一层加载时，该层及其以下各层的变形不受该层以上各层的约束，也不影响上面各层。
结构在竖向荷载作用下的变形过程如下图所示。
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100有关计算的原则
其中：
n
n
1
i1,
2
i2,
n
nn
i
1
i2
n-层号。
程序对于模拟施工的求解方法，不采用任何近似的方法，而是真正按施工过程的状态
进行模拟计算，也即如上图荷载和刚度两者都在变化中的求解，结果合理。
计算过程如下：
1）程序可以指定每一构件模拟施工号，施工号要大于零，在总体信息中设置“考虑模
拟施工”，当构件模拟施工号为自动判定时，程序自动设置为相对零层的层数为模拟施工
号，此判定适用于多塔错层情况；
2）有限元计算时，每一单元具有模拟施工号，得到每个节点最小相关的模拟施工号，
将相同模拟施工号节点从小到大排序，得到每一组模拟施工的最大自由度号；
3）循环计算每一组模拟施工位移，此时读入对应此模拟施工最大自由度数的总刚，反
组集去掉大于此模拟施工号构件的单刚，只组集本模拟施工组号有关的恒荷载；
4）计算单元内力，每一单元的节点位移取U中单元模拟施工号对应列的位移。
11
12
1n
0
22
2n
0
0
0
0
0
nn
n－最大模拟施工号。
δ－第i组最小模拟施工号对应自由度在第
j模拟施工计算的所求位移。
ij
'
'
'
11
12
1n
0
'
'
22
2n
U
0
0
0
0
0
0
'
nn
n
'
ij
ij
kj
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有关计算的原则
101
单个构件模拟施工可用于后浇计算。
比如框剪结构设计中，由于核心筒剪力墙与周围柱竖向变形差异大，与两者连接的梁在计算上往往承载力不够，设计上可考虑后浇施工；
后浇带计算中，指定板计算单元为膜单元，并设置板的模拟施工号。
用GSSAP这一功能很方便模拟后浇施工。
3关于活荷载计算
3.1考虑活荷载不利布置
考虑梁的活载不利布置，要考虑相邻梁跨不能同时加活载，否则与满布情况一样，同
时又要考虑计算速度问题。
在GSSAP计算中每一连续梁可分为多段，最多可考虑11种布置情况：
满布、1段布置、
2段布置⋯10段布置。
若连续梁超过10段，第11段活载与1段同时作用（布置），第12
段活载与2段同时作用（布置），等等。
予组合时弯矩同号相加异号取绝对值大值。
程序中墙柱未考虑活载不利布置影响。
若在录入系统的总信息或梁的设计属性中设置了梁的跨中弯矩增大系数，则该系数将继续起作用。
3.2考虑墙柱活荷载折减
当房屋类别为荷载规范GB50009--2002表4．1．1条项次l所列时，柱墙等竖向构件
的活荷载及传给基础的活荷载可以选择按荷载规范表4.1.2进行折减。
当为其他房屋类别时，用户可根据GB50009--2002第4．1．2条规定,每根墙柱的属
性中可设置活荷载分项系数，缺省随总体信息1.4，如墙柱活载折减为0.9，则可设置此墙
柱活荷载分项系数=1.4*0.9=1.26，通过荷载组合考虑墙柱活荷载折减。
在基础CAD中未开放活荷载分项系数的设置，在读取墙柱底力时，只能按荷载规范表
4.1.2进行折减。
3.3考虑梁活荷载折减
程序可以根据《建筑结构荷载规范》4.1.2考虑梁的活载折减，每条梁的属性中可设置
活荷载分项系数，缺省随总体信息1.4，如梁活载折减为0.9，则可设置此梁活荷载分项系数=1.4*0.9=1.26，通过荷载组合考虑梁活荷载折减。
4风荷载作用
4.1风荷载标准值
《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）给出了作用于建筑物表面的风荷载标准值
wk计算公式如下：
wk＝zszw0（KN/m2）（4.1.1）
式中w0――基本风压（KN/m2）；
zz――风压高度变化系数；s――风载体型系数；
――距地Z高度处风振系数。
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s，可取迎风压力体型系数与背
102有关计算的原则
对规则高层建筑，由上式计算所得的风荷载一般沿竖向大致呈倒三角形分布。
（一）基本风压
《建筑结构荷载规范》（
GB50009－2001）附表D.4给出了中国全国各地重现期10
年、50年、100年基本风压w0分布图。
所谓某地的基本风压
w0，是以该地空旷平坦地
面以上10m高度处统计所得在规定重现期内
10min平均最大风速v0（m/s）为基本风
速，一般可按式（4.1.2）计算确定：
w0＝v02
/1600
（KN/m2）
（4.1.2）
《高层建筑混凝土结构技术规程》（
JGJ3－2002）进一步规定基本风压重现期及其适
用情况如下表所示。
基本风压重现期及其适用
重现期
适用情况
10年
舒适度控制
50年
高度小于60m的一般高层建筑，抗风设计
100年
高度大于60m的高层建筑，抗风设计
（二）风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）给出了风压高度变化系数的计算公式如下：
＝（z）2（4.1.3）
10
式中z――风压计算点离地面高度（m）；
――地面粗糙度、梯度风高度影响系数；
――地面粗糙度指数，见表4.1.1。
表4.1.1
地面粗糙度类别
A
B
C
D
1.379
1
0.616
0.318
0.12
0.16
0.22
0.3
地面粗糙度分类
表4.1.2
地面粗糙度类别
地面特征
A
近海海面，海岛，海岸，沙滩
B
乡村田野丘陵，房屋比较稀疏的中小城市和大城市郊区
C
房屋密集的城市市区
D
房屋较高密集的大城市市区
由式（4.1.3）计算可得《建筑结构荷载规范》（
GB50009－2001）给出的风压高度变化系
数。
（三）风载体型系数
风载体型系数
s，反映作用于建筑物表面的风压分布规律。
它受建筑物体型影响较
大。
对于一般的高层建筑来说，由于建筑层高一般不会太高，在刚性楼屋盖约束作用下，沿建筑物表面竖向分布的水平风荷载，通常可被化为楼层节点水平荷载作用于建筑物。
从高层建筑结构整体抗风设计角度来看，楼层高度内迎风背风分布风压产生的局部应力影响
较小，可忽略不计。
此时的高层建筑整体风载体型系数
风吸力系数绝对值总和计，各类高层建筑平面体型的整体风载体型系数s，如表4.1.3所示。
各类高层建筑平面体型的整体风载体型系数
编号建筑平面体型
s表4.1.3
s
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有关计算的原则
103
1
矩形、十字形平面，
H/B
4,L/B
1.5
1.3
2
矩形、十字形平面，
H/B
4,L/B
1.5
1.4
3
圆形、椭圆形
0.8
4
正多边形（n－多边形边数）
0.8+1.2/n
5
V形、Y形、弧形、井形、
L形、U形
1.4
对应此整体风载体型系数
s的高层建筑风荷载计算的受风面积，取垂直于风向的最大投影
面积计。
关于高层建筑风载体型系数，还必须要注意二点：
（1）建筑物表面的局部构件，如幕墙、填充墙等设计时，要注意到风压不均匀、局部风压增大的情况，此时它们的风载体型系数取值如下式：
s
s
1.5
迎风面墙角
2.0
（4.1.4）
背风面墙角
（2）环境对高层建筑的风载体型系数的影响较大，当实际高层建筑处于密集的高层建筑群体时，作用于实际高层建筑表面的风压分布――风载体型系数将有所变化，比较复杂。
此时，宜通过专门风洞试验摸清风压分布规律，修正风载体型系数，来进行实际高层建筑的抗风设计。
（四）风振系数
风载计算中，还必须计入顺风向脉动风作用于高层建筑结构时产生的风压脉动的动力增大影响，以较好地反映实际风力作用。
风振系数z的计算公式为：
z＝1+
z
（4.1.5）
z
式中
z――风压高度变化系数；
z――结构振型参与系数；
――风压脉动增大系数；
――风压脉动影响系数；
（1）结构振型参与系数
风的时程曲线分析表面，长期稳定作用于建筑物的风的周期一般都比较长，达
1分钟
以上。
风振系数主要考虑与此同时存在的脉动风对建筑物的影响。
一般的高层建筑结构，
其质量刚度沿竖向分布比较均匀，其第一振型的参与对风压脉动的动力影响骑着主要的决
定性作用，高振型的参与作用极小，可忽略不计。
因此结构振型参与系数
z的简化近似计
算公式可如（4.1.6）所示。
z=z/H（4.1.6）
式中
z――风振系数z计算点距地面高度；
H――高层建筑主体结构总高度，不包括小塔楼和地下室高度。
（2）风压脉动增大系数
结构风工程研究表明，风压脉动增大系数
与基本风压w0、地面粗糙度、风作用方向
的结构的基本自振周期
T1（s）及结构阻尼比有关。
风压脉动增大系数
的计算公式可表示为：
＝1（150
2/（1
9002）34
）
（4.1.7）
w0T1
w0T1
式中w0――计入地面粗糙度影响后的修正基本风压（
KN/m2）；
T1――风作用方向结构的基本自振周期（
s）；
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104有关计算的原则
――结构阻尼比。
1.38w0
类地面粗糙度
A
w0
类地面粗糙度
w0
B
＝
（4.1.8）
0.62w0
C类地面粗糙度
0.32w0
D类地面粗糙度
式中w0――规定重现期的当地基本风压（
KN/m2）。
0.05
钢筋混凝土结构
＝
0.02～0.025
钢混凝土组合结构
（4.1.9）
0.01
钢结构
由式（4.1.7）可得，结构种类、基本自振周期及建筑物所处地区确定后的结构风压脉动增
大系数。
《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）直接给出风压脉动增大系数。
其
中修正基本风压w0按式（4.1.8）计算确定。
（五）风压脉动影响系数
结构动力学研究计算表明，风压脉动影响系数v主要与房屋总高度、高宽比、地面粗糙
度类别有关，《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）直接给出风压脉动影响系数v。
4.2迎风面计算
根据风荷载作用方向，将建筑外轮廓投影到垂直风荷载作用方向的平面，每一楼层的层高乘以楼层投影宽度就是迎风面积。
这里注意，当楼层由多个刚性隔板组成时（互不连通），应分别计算每个刚板的投影宽度，否则风荷载会漏掉。
首先按照上述方法投影，求所有墙柱节点的迎风面积，根据所求的迎风面积给墙柱节点分配层风荷载。
4.3多方向的风荷载计算
有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，在风荷载计算时也应分别计算各抗侧力构件方向的水平力作用。
程序在总体信息中最多可输入8个方向风荷载，每个方向风荷载作为一个独立的工况参与内力组合。
4.4修改层风荷载
可利用写字板修改在录入系统中“生成GSSAP计算数据”生成的“工程名.GSP”文件，可修改如下内容。
1度风
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有关计算的原则
105
层号迎风面方向的风力垂直迎风面的风力竖向风力竖向扭矩
1
28.50
0.00
0.00
0.00
2
34.24
0.00
0.00
0.00
3
38.49
0.00
0.00
0.00
90度风
层号迎风面方向的风力垂直迎风面的风力竖向风力竖向扭矩
1
56.57
0.00
0.00
0.00
2
67.62
0.00
0.00
0.00
3
75.80
0.00
0.00
0.00
4.5墙柱梁板上布置风荷载
梁柱上可输入每个方向风荷的体型系数和迎风宽度（迎风宽度*杆长=迎风面积），
墙柱梁板可输入每个方向风荷的体型系数和迎风面积。
基本风压、风压高度变化系数和距地Z高度处风振系数按构件所在的层自动计算。
也可按照普通的静力荷载输入，只是工况要选择风荷载工况。
按层导的风荷载和用户在构件上输入的风荷载互相叠加，并在计算文本结果的“结
构信息”中输出。
5地震作用
5.1水平地震作用计算
建筑结构的地震影响系数应根据烈度、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《建筑抗震设计规范GB50011-2001》表5.1.4-1采用；特征周期应根据场地类别和设计地震分组按《建筑抗震设计规范
GB50011-2001》表5.1.4-2采用。
也可在总体信息中人工输入。
程序按《建筑抗震设计规范GB50011-2001》5.2.3条扭转耦联振型分解法计算地震作用和作用效应。
5.2竖向地震计算
竖向地震力作为一个独立的作用工况，可由设计人员决定是否计算。
若计算，则
程序根据《建筑抗震设计规范GB50011—2001》第5．3．1条规定的方法计算竖向地
震力的标准值，然后作为外荷载作用在结构上，求出各个构件的内力，并参与内力组合。
有关组合原则和系数见内力组合分项系数部分。
“地震信息”中增加“计算竖向振型”选项，当考虑竖向地震时，计算竖向自由
度的质量，计算的竖向振型参与反应谱地震内力计算（竖向地震影响系数最大值取水平
地震影响系数最大值的65%）和弹性动力时程分析，此时不再考虑《建筑抗震设计规范》
5.3节的简化计算方法。
此方法比简化计算方法更能反应局部竖向地震振动情况。
计算竖向振型时弹性动力时程分析中可采用3向地震波。
5.3偶然质量偏心
高规3．3．3条规定，计算地震作用时，应考虑偶然偏心的影响，附加偏心距可
取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5％。
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106有关计算的原则
偶然偏心的含义指的是：
由偶然因素引起的结构质量分布的变化，会导致结构固
有振动特性的变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。
考虑偶然偏心，
也就是考虑由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用。
程序在每个地震方向增加两个工况，正向偏移5％和负向偏移5％产生附加弯矩加
到每质点求位移和内力，最后参与内力组合，所以总地震工况是原来的3倍。
要实现偶然偏心，首要任务是确定各个偏心方式下的结构振动特性。
最准确的办
法是针对不同的偏心方式重新计算结构固有振动特性，求解其广义特征值问题，但是这
样做效率较低。
我们采用一种稍为简单的方式来确定振动特性：
将未偏心的初始结构的
各振型的地震力的作用点，按照指定方式偏移5％后，重新作用于结构上，此时结构产
生的位移，就是一个近似的偏心振型。
知道了偏心振型，偏心地震作用的计算就可以进
行了。
这个办法有一定的近似性，但提高了效率。
5.4双向地震的扭转效应
抗震规范5．1．1条规定，质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向地震
作用下的扭转影响。
考虑双向地震时，程序在每个地震方向将增加一个新的地震工况计
算双向地震位移和内力，参与内力组合，所以总地震工况是原来的2倍。
双向地震作用
下的扭转计算分两种情况：
（1）若在总信息的地震计算方向中能找到对应的垂直方向地震时，墙柱的轴力和扭矩
按如下公式计算
S新S原2（0.85S垂直）2
墙柱的弯矩和剪力按以下原则计算
对于单方向地震作用下得到的Mxx、Mxy和Myx、Myy，如果|Mxx|>|Mxy|，
Mxx'Mxx2（0.85Myx）2Mxy'Mxy
否则
Mxx'MxxMxy'Mxy2（0.85Myy）2
（2）若在总信息的地震计算方向中没有对应的垂直方向地震时，按如下公式计算新的地震力（每个振型分别计算），将单振型地震力加到每个质点求位移和内力，最后各振
型的位移和内力按照CQC法求地震下节点位移和内力，
S新S原2（0.85S垂直）2
当偶然质量偏心和双向地震的扭转效应都选择时，两种情况都分别计算位移，并且内力参与组合，自动取大值。
5.5多个地震方向计算
抗震规范5．1．1-2条规定，有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，
应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
程序在总体信息中最多可输入8个地震方向，每个地震方向作为一个独立的工况，
并且每个方向可考虑偶然质量偏心和双向地震的扭转效应，地震力和刚度比按每个方向
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107
分别输出。
6多塔错层结构计算
在总信息中选择“所有楼层强制采用刚性楼板假定”为实际模型时，多塔结构中不同
塔的平面不管是否作为一个结构层输入，静动力计算程序都能按真实模型计算每个塔的层风荷载，但程序中结构层位移信息和侧向刚度比是按整个结构平面无限刚计算的，所以最好按如下图把不同塔平面按不同结构层输入。
错层结构中对于跨层柱要求在每层都输入，否则在计算楼层风荷载的迎风面时可能会偏小，迎风面是按最远墙柱间距离计算。
当在总信息中选择按实际模型计算时，增加的柱中节点，程序在内力计算时不会将其纳归入所在层无限刚范围，会按柱实际模型计算。
不管是否选择按实际模型计算，柱的长度和计算长度系数能按实际自动计算。
同理，对于跨层墙每层墙都要求输入。
7有关钢结构计算
7.1钢结构构件稳定、强度验算
本程序根据钢结构的特点，对钢构件进行了宽厚比构件稳定验算，对箱形截面、工字形、
槽形截面按照《钢结构设计规范》中所给公式进行截面稳定、抗压强度和抗剪强度的验算。
宽厚比、高厚比和长细比的控制条件按照《建筑抗震设计规范》确定。
7.2钢柱的计算长度系数
钢柱的计算长度系数是一个重要参数，钢结构设计规范的计算长度系数公式有缺陷，在
有些情况下求得的计算长度系数为无穷大，这时程序近似地取为6.0，即大于6.0时取为6.0。
柱长度和计算长度系数求法，见本章“柱的计算长度”小节。
在柱的长度计算中，柱两个方向的长度是分别计算的,考虑了柱两个方向与梁连接的独立
性,如对于一根柱,若某个方向既不与梁连接,又不与楼板连接,则柱的该方向和跨层情况相类似,程序会自动按跨层情况对该方向的长度进行搜索计算。
7.3中心支撑和偏心支撑
在录入系统柱的设计属性中可选择：
人字或V形中心支撑、十字或单斜杆中心支撑、偏
心支撑。
根据《高层民用建筑钢结构技术规程JGJ98-99》要求,在进行荷载组合计算时,人字
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108有关计算的原则
形支撑和V形支撑的多遇地震作用内力放大1.5倍,十字交叉支撑和单斜杆支撑的多遇地震
作用内力放大1.3倍。
偏心支撑的内力不放大。
8砖混底框和混合结构的计算
底框、内框、外框、边框、上几层砖混而下几层混合结构等结构形式，可在砖混总信
息中选择GSSAP计算模型。
在“楼板次梁砖混计算”中计算砖混部分；框架部分可采用“通用计算GSSAP”进行计
算，砖墙自动按开洞剪力墙进入通用计算GSSAP进行计算。
录入系统自动把上部纯砖混楼层的恒载和活载导到底框或混合结构的顶层，在进行底
框抗震计算时，地震力已考虑这部分质量的贡献。
底框和混合结构的计算已按刚度分布考
虑上部砖房地震和风荷载作用产生的水平力和倾覆力矩。
根据《建筑抗震设计规范》7.2.
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