考虑楼板作用的钢筋混凝土框架有限元模型及并行计算效率

一级注册结构工程师专业部分试卷-总则、钢筋混凝土结构(二)-1(总分100,考试时间90分钟)单项选择题(每题的四个备选项中只有一个符合题意)1. 某钢筋混凝土次梁，下部纵向钢筋配置为，fy=300N/mm2，混凝土强度等级为C25，ft=1.27N/mm2。

在施工现场检查时，发现某处采用绑扎搭接接头，其接头方式如图所示。

试问，钢筋最小搭接长度l1(mm)，应与下列______项数值最为接近。

A. 793B. 992C. 1100D. 1283某抗震设计烈度为9度，抗震等级为一级的现浇钢筋混凝土多层框架结构房屋，梁柱混凝土强度等级为C30，纵筋均采用HRB400级热轧钢筋。

框架中间楼层某端节点平面及节点配筋如图所示。

2. 该节点上、下楼层的层高均为4.5m，上柱的上、下端设计值分为别=440kN?m，=380kN?m；下柱的上、下端弯矩设计值分别为=440kN?m，=500kN?m；柱上除节点外无水平荷载作用。

试问，上、下柱反弯点之间的距离Hc(m)，应与下列______项数值最为接近。

A. 4.2B. 4.6C. 4.8D. 5.53. 假定框架梁KL1在考虑x方向地震作用组合时的梁端最大负弯矩设计值Mb=600kN?m；梁端上部和下部配筋均为(As=A"s=2945mm2)，as=a"s=40mm；该节点上柱和下柱反弯点之间的距离为4.5m。

试问，在x方向进行节点验算时，该节点核心区的剪力设计值Vj(kN)应与下列______项数值最为接近。

A. 1000B. 1100C. 1220D. 15054. 假定框架梁柱节点核心区的剪力设计值Vj=1200kN，箍筋采用HRB335级钢筋，箍筋间距s=100mm，节点核心区箍筋的最小体积配箍率ρvmin=0.67%；as=a"s=40mm。

试问，在节点核心区，下列______项箍筋的配置较为合适。

A．8@100B．10@100C．12@100D．14@100某多层民用建筑，采用现浇钢筋混凝土框架结构，建筑平面形状为矩形，抗弯刚度较大，属规则框架，抗震等级为二级；梁、柱混凝土强度等级均为C30。

钢筋混凝土结构设计计算书一、工程概况本工程为具体工程名称，位于工程地点。

建筑总高度为高度数值米，总建筑面积为面积数值平方米。

结构形式为钢筋混凝土框架结构，设计使用年限为使用年限数值年，抗震设防烈度为烈度数值度。

二、设计依据1、相关规范和标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）（2015 年版）《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016 年版）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）2、工程地质勘察报告提供了场地的地质条件、土层分布和地基承载力等参数。

3、建筑设计方案包括建筑平面布置、层高、功能分区等。

三、荷载计算1、恒载结构自重：根据构件尺寸和材料容重计算。

楼面恒载：包括楼板面层、找平层、吊顶等的重量，取值为具体数值kN/m²。

2、活载楼面活载：根据不同功能房间的使用要求，取值如下：客厅：具体数值kN/m²卧室：具体数值kN/m²厨房：具体数值kN/m²卫生间：具体数值kN/m²屋面活载：取值为具体数值kN/m²3、风荷载基本风压：根据当地气象资料，取值为具体数值kN/m²。

风荷载体型系数：根据建筑物的形状和尺寸确定。

4、地震作用根据抗震设防烈度和设计分组，计算水平地震影响系数最大值和特征周期。

四、构件尺寸初步确定1、框架柱根据轴压比限值和预估的竖向荷载，初步确定框架柱的截面尺寸。

2、框架梁考虑跨度、荷载和构造要求，初步确定框架梁的截面尺寸。

五、内力计算1、竖向荷载作用下的内力计算采用分层法或弯矩二次分配法计算框架梁柱的内力。

2、水平荷载作用下的内力计算采用 D 值法计算框架在风荷载和地震作用下的内力。

六、配筋计算1、框架柱配筋根据柱的内力组合，计算正截面受压承载力和斜截面受剪承载力，确定柱的纵筋和箍筋。

2、框架梁配筋计算梁的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力，确定梁的纵筋和箍筋。

3、楼板配筋按照单向板或双向板计算楼板的内力，确定板的受力钢筋和分布钢筋。

结构动力学有限元混合分层并行计算方法结构动力学是研究结构在外界载荷作用下的响应及其稳定性的一门学科。

有限元方法是结构动力学分析中广泛使用的一种数值方法。

为了提高计算效率和精度，混合分层并行计算方法应运而生。

混合分层并行计算方法是指将有限元方法与分层并行计算相结合的一种计算方法。

在结构动力学中，混合分层并行计算方法被广泛应用于解决大型结构的复杂动力学问题。

它通过将结构进行分层划分，将计算任务分配给不同的处理器进行并行计算，从而大幅提高计算速度和效率。

混合分层并行计算方法的基本思想是将结构分为多个子结构，并将每个子结构分配给一个处理器进行计算。

每个处理器独立地计算与其对应的子结构，然后通过通信机制将计算结果交换，并进行整体求解。

这种并行计算方法充分利用了计算机集群的计算能力，提高了计算效率。

在混合分层并行计算方法中，有限元方法被用于对每个子结构进行离散化，并建立相应的有限元模型。

有限元模型中的自由度数目较少，计算量相对较小，可以降低计算复杂度。

同时，分层并行计算策略使得计算任务可以被同时执行，加速了计算速度。

混合分层并行计算方法的应用范围广泛。

例如，在工程领域中，可以用于模拟大型桥梁、高层建筑等结构的动力学响应；在航空航天领域中，可以用于模拟飞机、卫星等复杂结构的动力学特性；在地震工程中，可以用于模拟地震对建筑物的影响等。

混合分层并行计算方法可以准确预测结构的振动特性、动态响应和破坏过程，为结构设计和分析提供了有力的工具。

总之，结构动力学有限元混合分层并行计算方法是一种高效、准确的计算方法。

它通过将结构进行划分和并行计算，充分利用计算机集群的计算能力，实现了大规模结构动力学分析的快速求解。

混合分层并行计算方法在工程领域中的应用潜力巨大，有着广阔的发展前景。

多层混凝土框架结构设计中的关键问题及对策摘要：混凝土框架结构中的墙体不作为承重构件承受竖向和水平荷载而只是起到填充分隔作用，所以此结构自重较轻分隔灵活且节省材料，在实际中的建设上运用广泛。

本文即结合具体工程案例详细阐述了多层混凝土框架结构设计中的关键问题及对策。

关键词：多层混凝土；框架结构；1.多层混凝土框架结构的特点框架结构是最常见的竖向承重结构，具有以下优点：（1）结构轻巧，便于布置；（2）整体性比砖混结构和内框架承重结构好；（3）可形成大的使用空间；（4）施工较方便；（5）较为经济。

框架结构是由横梁和立柱组成的杆件体系，梁-柱通过节点构成承重骨架，刚性连接，共同承受水平荷载，竖向荷载。

混凝土框架结构中的墙体不作为承重构件承受竖向和水平荷载而只是起到填充分隔作用，所以此结构自重较轻分隔灵活且节省材料，在实际中的建设上运用广泛。

但框架结构也存在一定的缺点，在力学上则会表现出抵抗水平荷载能力差、侧向刚度小、侧移大、应力集中、当框架结构房屋的高宽比较大，则水平荷载作用下的侧移也比较大，引起的颠覆作用也是比较严重，受地基的不均匀沉降也比较严重，以及受外界环境影响较大的特点。

二、工程概况在设计工业厂房建筑结构期间，某多层厂房实际占地面积有 3000 平方米，厂房建筑以钢筋混凝土为主，防火等级设计为一级。

厂房共四层，总高度为23m总面积为12000平方米，抗震等级为三级，以工业厂房实际生产需求为基础，开展建筑结构优化设计。

三、多层混凝土框架结构设计中的关键问题及对策（一）结构设计要点1、结构荷载设计为了保证工业厂房在实际应用过程中的质量，同时还要为其日常生产作业的顺利开展提供安全的环境作为支持，必须要意识到钢筋混凝土框架结构设计在其中的重要性。

在结构设计工作的具体开展过程中，设计人员要与实际情况进行结合，同时还要对各种不同类型的荷载进行综合分析，其中包括竖向、水平等荷载类型。

只有对荷载进行深入分析，才能够根据现有的荷载实现对结构的有效设计，为厂房结构的稳定性和安全性提供有效保证。

PKPM软件中钢筋混凝土结构设计的参数设置PKPM软件广泛应用于土建工程，作为设计人员不应满足于会用该软件来计算和辅助绘图，而应弄清楚重要参数的含义。

在计算模型和荷载输入正确的情况下，关键参数的错误会导致结果错误，参数的正确设置具有更重要的意义。

下面是我结合规范谈谈在实际工作中易忽略的参数如何设置，以供设计人员参考和交流。

一、合理使用软件目前，PKPM程序拥有的空间计算程序有三个，即TAT、SATWE、PMSAP。

1、TAT它是一个空间杆件程序，对柱、墙、梁都是采用杆件模型来模拟的，特殊的就是剪力墙是采用薄壁柱原理来计算的。

因此，在用TAT程序计算框剪结构、剪力墙结构等含钢筋混凝土剪力墙的结构都要对剪力墙的洞口、节点做合理的简化，有点让实际工程来适应我们的计算程序的味道。

当然，在作结构方案时，对结构作这样的调整对建筑结构方案的简洁、合理有很大的好处。

它的楼盖是作为平面内无限刚、平面外刚度为零的假设。

在新版的TAT程序中，允许增设弹性节点，这种弹性节点允许在楼层平面内有相对位移，且能承担相应的水平力。

增加了这种弹性节点来加大TAT程序的适用范围，使得TAT程序可以计算空旷、错层结构。

2、SATWE空间组合结构有限元程序，与TAT的区别在于墙和楼板的模型不同。

SATWE对剪力墙采用的是在壳元的基础上凝聚而成的墙元模型。

采用墙元模型，在我们的工程建摸中，就不需要象TAT程序那样做那么多的简化，只需要按实际情况输入即可。

对于楼盖，SATWE程序采用多种模式来模拟。

有刚性楼板和弹性楼板两种。

其中弹性楼板又分为弹性板6、弹性板3和弹性膜。

SATWE程序主要是在这两个方面与TAT程序不同。

3、PMSAP是一个结构分析通用程序。

当然，它是偏向于建筑的，但它是一个发展方向。

现在的比较著名的通用计算程序有：SAP84、SAP91、SAP2000、ANSYS、ETABS等程序，这些程序各有特长。

二、重要和易忽略的参数设置1、SATWE中的刚性板与弹性板刚性板------平面内刚度无限大，平面外刚度为零，通过梁刚度放大系数来变相的考虑楼板的平面外实际刚度。

一、荷载取值1、面荷载1）二层楼面【建筑做法：采用钢筋混凝土楼板随捣随抹平，上刷耐磨地面硬化剂。

】砼折合板厚125mm 0.125x25=3.125 kN/㎡压型钢板自重0.15 kN/㎡各专业管线设备吊挂荷载0.6 kN/㎡恒载合计 3.9 kN/㎡活荷载标准值为7.5 kN/㎡，货架区域为10 kN/㎡(按业主要求)2）不上人屋面彩色钢板岩棉夹芯板0.25 kN/㎡檩条等0.15 kN/㎡各专业管线设备吊挂荷载0.5 kN/㎡恒载合计0.9 kN/㎡屋面活荷载标准值为 0.5 kN/㎡檩条计算时，风荷载按FM要求按100年取值为0.6 kN/㎡。

4.2m标高雨篷（6m跨&10m跨），输入模型中，荷载见简图22~23轴间有1t电动葫芦，在14.225标高。

2．墙体外墙彩色钢板两层 0.25-0.5*0.12=0.19 kN/m2檩条 0.06 kN/m2玻璃纤维保温棉填充200厚 0.20x1.0 kN/m3=0.2 kN/m2∑ 0.45 kN/ m2二层外墙 0.45*7.8=3.51 kN/m 取为3.6 kN/mKFZ自重 0.1kN/m*10.45=11 kN 取为15 kN一层外墙R轴及32轴：0.45*6.1+1.5*5.0+0.5*4.2=13 kN/m B轴： 0.45*6.1+1.5*5.0+（25*0.25+0.02*20*2）*1.5=26 kN/m 内墙材料统计：CSR（甲方指定）板材二层防火墙，4轴山墙尖，报警阀间，及建筑指定的房间（common room）板材150mm厚，0.3 kN /㎡（根据厂家资料）蒸压砂加气混凝土砌块（200厚）一层防火墙，楼梯间，卫生间，及建筑指定的房间15厚水泥砂浆抹面两层 0.015*20*2=0.6 kN/㎡加气混凝土砌块200厚 0.2x5.5 kN/m3=1.1kN/㎡∑ 1.7 kN/ ㎡1）二层防火墙（CSR） 0.3*（7.8-0.6+2.65/2）=2.6 kN/m 取为10 kN/m(考虑防火卷帘及构造钢柱钢梁等)2）4轴山墙尖（CSR） 0.3*3.2=0.96 kN/m 取为2.5 kN/m3）报警阀间等（CSR） 0.3*3.0=0.9 kN/m （二层3m高）0.3*7.6=2.3 kN/m （二层7.6m高）报警阀间板材墙体自重很小，按装修考虑，未做基础及构造钢梁钢柱。

多层钢筋混凝土框架结构设计中应注意的问题随着我国现代建筑造型与功能的日趋多样化，无论是民用建筑还是工业建筑，在结构设计中总会遇到各类难题，尤其在框架结构设计中还必须注意一些看似简单，却容易忽视的问题。

本文通过分析多层钢筋混凝土框架结构的设计要求，针对计算过程中应注意的问题进行探讨，以期通过本文的阐述使我们对框架结构梁、柱、板以及结构体系中的一些注意点有清晰的认识，使设计的工程既经济又合理。

【标签】多层钢筋混凝土；框架结构；设计；工程1 多层钢筋混凝土框架结构的设计要求1.1 强柱弱梁节点设计为了实现在罕遇地震作用下，让梁端形成塑形铰，柱端处于非弹性工作状态，而没有屈服，但节点还处于弹性工作阶段。

强柱弱梁措施的强弱，也就是相对于梁端截面实际抗弯能力而言柱端截面抗弯能力增强幅度的大小，是决定由强震引起柱端截面屈服后塑性转动能否不超过其塑性转动能力，而且不致形成“层侧移机构”，从而使柱不被压溃的关键控制措施。

柱强于梁的幅度大小取决于梁端纵筋不可避免的构造超配程度的大小，以及结构在梁、柱端塑性铰逐步形成过程中的塑性内力重分布和动力特征的相应变化。

因此，当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。

验算截面承载力时，人为地将柱的设计弯矩按强柱弱梁原则调整放大，加强柱的配筋构造。

梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到立柱上。

注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

1.2 强剪弱弯剪力墙设计为了提高抗震墙的变形能力，避免发生剪切破坏，对于一道截面较长的抗震墙，应该利用洞口设置弱连梁，使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙，并使每个墙段的高宽比不小于2。

所谓弱连梁，是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20％；连梁不能太强，以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉，这是比较危险的。

大震弹塑性分析软件PKPM-SAUSAGE技术特点刘春明，张宏（广州建研数力建筑科技有限公司，北京100013）提要：PKPM-SAUSAGE是广州建研数力新推出的一款大震下动力弹塑性分析程序，采用了考虑塑性损伤的混凝土本构模型以及高效GPU并行显式求解技术。

本文介绍了PKPM-SAUSAGE软件的技术特点以及应用方面的一些技术细节，对工程师处理实际工程动力弹塑性分析问题具有一定的指导意义。

关键词：PKPM-SAUSAGE，弹塑性分析近年来，我国超限项目迅猛发展，每年全国都有上千个超限项目通过专家审查。

在完成超限报告的过程中，弹塑性动力时程分析结果是最费时最不好把握的内容之一。

针对结构进行动力弹塑性分析的目的是了解结构在大震下是否还具备保护人身安全的能力（大震不倒），结构的抗震体系是否合理。

这通常是根据结构在大震下的变形情况以及结构破坏的部位、程度和次序等因素来判断的。

本文通过剖析PKPM-SAUSAGE的技术特点，展示软件的技术细节，希望对结构工程师有所启发。

1 弹塑性分析软件介绍我国建筑设计规范对高层建筑结构在大震下的位移以及变形能力等性能指标提出了严格要求。

因此建筑结构工程中陆续引进各种分析软件用于结构弹塑性动力时程分析。

由于软、硬件发展的局限性，这些软件都一定程度地满足了当时人们的需要。

随着结构理论以及计算分析技术的发展，国内的弹塑性分析也经历了相应的从简化分析方法到静力弹塑性推覆再到动力弹塑性的一个发展过程。

SAP2000、Perform3D引入了Pushover分析和非线性动力分析概念，使用框架的杆单元模型进行弹塑性分析，但是由于存在建模繁琐、不能直接使用设计配筋以及计算收敛性差等缺点限制了软件的工程应用。

Midas/Building将这种塑性铰推广到使用框架铰模拟框架和纤维铰模拟剪力墙，加入了丰富的滞回模型，并可以考虑施工加载，自动引入钢筋进行结构静力推覆或动力弹塑性分析。

EPDA/PUSH引入纤维铰考虑框架、非线性分层壳单元模拟混凝土剪力墙，首先在程序中使用渐变模型模拟弹塑性发展过程。