QQ好友
新浪微博
微信扫一扫一．工程概况
1. 项目基本信息
三维模型 |
| |||
基本信息 | 结构体系 | 框架结构 | 层数 | 6 |
地下室层数 | 0 | 嵌固端所在位置 | 基础 | |
结构总高度 | 18.4m |
|
| |
地震信息 | 建筑抗震设防类别 | 丙 | 设防烈度 | 7（0.1g） |
地震分组 | 第一组 | 场地类别 | Ⅲ | |
特征周期 | 0.45s | 水平地震影响系数最大值 | 0.08 | |
框架抗震等级 | 三 |
|
| |
风荷载信息 | 地面粗糙度类别 | B | 修正后基本风压 | 0.4kN/m2 |
计算风荷载结构基本周期 | X：0.986 Y：1.018 |
|
| |
2. 构件截面
构件类别 | 截面尺寸（mm） | 砼强度 | |
柱 | 400*400 |
C30 | |
框架梁 | 典型截面 | 200*400 | |
局部截面 | 200*500~200*700 | ||
次梁 | 150*300~200*500 | ||
3. 基本荷载
荷载类别 | 荷载大小 | 备注 | ||
面荷载 | 标椎层 | 恒载：1.1kN/m2 | 活载：2.5kN/m2 | 主要恒活 |
屋面 | 恒载：3.5kN/m2 | 活载：2.0kN/m2 | 主要恒活 | |
梁上线荷载 | 5.3kN/m，6.1kN/m，7.7kN/m | 主要线荷载 | ||
现浇板自重 | 混凝土容重26kN/m3 | 全楼自动计算 | ||
4. 整体指标设计结果
计算结果 | 计算值 | 规范(规程)限值 | 判别 | 备注 | |||
结构总质量(t) | 3753.47 |
|
|
| |||
质量比 | 1.13 | < 1.5 | 满足 |
| |||
楼层剪力/层间位移刚度比 | 与相邻上一层侧向刚度的0.7倍或相邻上三层平均值的0.8的比值 | X | 1.00 | >= 1.00 | 满足 | 6层 1塔 | |
Y | 1.00 | 满足 | 6层 1塔 | ||||
楼层抗剪承载力与相邻上一层比值的最小值 | X | 0.98 | >= 0.80 | 满足 | 1层 1塔 | ||
Y | 1.00 | 满足 | 1层 1塔 | ||||
结构自振周期(s) | T1 | 1.0177(Y) | T2/T1 <= 0.90 | 不满足 |
| ||
T2 | 0.9863(T) | ||||||
T3 | 0.9204(X) | ||||||
有效质量系数 | X | 93.83% | > 90% | 满足 |
| ||
Y | 93.24% | 满足 | |||||
地震底部剪重比 | 调整前 | X | 3.95% | >= 1.60% | 满足 | 1层 1塔 | |
Y | 3.79% | >= 1.60% | 满足 | 1层 1塔 | |||
水平力作用下的楼层层间最大位移与层高之比(Δu/h) | 地震 | X | 1/1008 | < 1/550 | 满足 | 2层 1塔 | |
Y | 1/880 | < 1/550 | 满足 | 2层 1塔 | |||
风荷载 | X | 1/8124 | < 1/550 | 满足 | 2层 1塔 | ||
Y | 1/1914 | < 1/550 | 满足 | 2层 1塔 | |||
地震力作用下(偶然偏心)塔楼扭转参数 | 最大位移/平均位移 | X | 1.04 | < 1.50 | 满足 | 3层 1塔 | |
Y | 1.25 | 满足 | 1层 1塔 | ||||
最大层间位移/层间平均位移 | X | 1.04 | < 1.50 | 满足 | 2层 1塔 | ||
Y | 1.25 | 满足 | 1层 1塔 | ||||
结构刚重比 | X | 32.40 | > 10 | 满足 | 不考虑重力二阶效应 | ||
Y | 26.40 | 满足 | |||||
整体指标结果分析：
（1）原始模型周期比超限
结构周期比是控制结构扭转效应的重要指标，是结构扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反映。控制结构周期比的实质是控制结构的扭转变形小于平动变形，其不是要求结构的结实而是要求结构刚度布局合理，以控制结构在地震作用下扭转激励震动效应不成为主震动效应，避免结构扭转破坏。
该模型第1振型为Y向平动，自振周期1.0177s,第2振型为扭转振型，自振周期0.9863s,周期比：0.9863/1.0177=0.969>0.9，不满足规范要求。
（2）层间位移角信息
层间最大位移与层高之比（简称层间位移角）是控制结构整体刚度和不规则性的主要指标。限制建筑物特别是高层建筑的层间位移角主要目的有：一是保证主体结构基本处于弹性受力状态，避免混凝土构件出现裂缝或裂缝超过规范允许的范围；二是保持填充墙和各种管线等非结构构件完好，避免产生明显的损坏。
该模型X向层间位移角为1/1008，Y向层间位移角为1/880，两个方向均有较大富余量，可以在调整周期比时，适当减弱竖向构件刚度，减少造价。
（3）扭转位移比
抗规3.4.3条规定：在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与平局值的比值大于1.2为扭转不规则。该模型Y向位移比1.25，不超1.50的规范限值，调整目标可控制该指标在合理数值以内。
（4）经验调整思路：
周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应，即要求结构承载布局的合理性。周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。若层位移角控制潜力较大，可同时减小结构竖向构件刚度，增大平动周期。
二．指标调整过程
相对于繁复且效率低下的“模型计算-结果查看-再调整-再计算...”的常规手动调整模型指标流程，本文给出一种新的模型调整方案，即：“灵敏度指标+自动分组+智能辅助设计（AID）”调模法，仅需三步，让原本一天的工作量压缩到一小时以内。
1.第一步：结果查看并确定调整目标
从1.4节“整体指标设计结果”中，可查看到该模型周期比大于0.9，不满足规范要求，需要将周期比调整至0.9以下；为避免调整模型后扭转位移比超过规范1.50的限值，此处按1.30的限值设置调整目标；X向层间位移角为1/1008，Y向层间位移角为1/880，两个方向均有较大富余量。调整目标设置如下：
1）周期比Tt/T1调整目标为不大于0.9；
2）扭转位移比控制调整目标为不大于1.30；
3）两个方向的层间位移角调整目标为不大于1/550；
2.第二步：根据灵敏度指标自动构件分组
（1）查看指标灵敏度
结构构件（梁、柱、墙等）对某一整体指标（位移角、位移比、周期）越灵敏（影响越大），其颜色越深，暖色代表需要调大构件，冷色代表需要调小构件。如图为结构的第一扭转周期（Tt）灵敏度显示，可看到，结构X向两端的梁、柱构件对第一扭转周期灵敏度最高，即影响最大，如果需要增大扭转刚度，可优先调大这些暖深色的构件。
从灵敏度指标图中可以看到，灵敏度与构件调整方向基本预期相符，更重要的是可以定量给出哪些构件对指标的影响最大。
图 周期比指标灵敏度
图 位移比指标灵敏度
注，需要得到指标灵敏度结果时，可在“前处理及计算”-“总信息”中勾选“计算构件对整体指标灵敏度”选项，计算后在【智能辅助设计】或【构件】菜单下的【指标诊断（灵敏度）】中查看。
（2）根据指标灵敏度自动划分构件设计组
自动分组时，使用“多指标多工况”，分别勾选控制层间位移角限值在1/550、位移比限值1.20以及周期比，如图，再使用“筛选显示”功能，筛选出灵敏度大于20的关键构件，为使柱构件上下截面一致需勾选“构件所在柱串参与分组”，点击“将筛选后构件自动分组”按钮，程序自动进行筛选构件的分组。
图 关键构件筛选后自动分设计组
程序根据筛选结果自动生成梁、柱构件设计组，其中，梁构件分为了6组，柱构件分为了5组，具体分组情况如下图所示：
图 梁构件分组布置
图 柱构件分组布置
3.第三步：设置策略约束并启动计算
如下图，在“变量设置”、“优化目标与约束”两个参数项设置合理的调整策略与约束目标完成参数设置后，点击【启动指标控制】运行智能优化设计程序。
图 指标优化设置
图 优化目标与约束
三．智能辅助设计结果
1.迭代过程曲线与模型回滚
（1）迭代过程曲线
在程序优化迭代过程中，可以查各指标迭代曲线和数据，如下为其中的总造价和周期比的迭代曲线：
图 总造价迭代曲线
图 Tt/T1（周期比）迭代曲线
（2）模型回滚与截面规整
在计算完成后，点击【模型回滚】菜单，在该菜单中可查看到所有的迭代模型及最优模型，由于迭代的各构件设计组截面可能并不是整数，也需要在此步骤中将其数据规整并保存至工程中。
图 模型回滚
图 查看详细回滚信息
点击“规整后截面回滚到模型”，程序将迭代后的构件截面取整保存到模型中。
2.优化报告
（1）结构整体指标
表 约束目标对比
优化约束 | 初始值 | 约束值 | 当前值 | 变化情况 | 是否满足 |
Tt/T1(周期比) | 0.97 | 0.90 | 0.86 | -11.63% | 是 |
位移比_X方向 | 1.04 | 1.30 | 1.03 | -0.66% | 是 |
位移比_Y方向 | 1.25 | 1.30 | 1.23 | -1.64% | 是 |
地震工况_X方向层间位移角(多层包络) | 1/1008 | 1/550 | 1/934 | 7.93% | 是 |
地震工况_Y方向层间位移角(多层包络) | 1/880 | 1/550 | 1/730 | 20.61% | 是 |
表 指标对比
计算结果 | 初始模型 | 当前模型 | 规范（规程）限值 | 判别 | ||
结构总质量(t) | 3753.47 | 3690.95 |
|
| ||
质量比 | 1.13 | 1.13 | <1.50 | 满足 | ||
楼层抗剪承载力与相邻上一层比值的最小值 | X | 0.98 | 1.00 | >=0.80 | 满足 | |
Y | 1.00 | 1.00 | ||||
刚度比 | 抗规 | X | 1.00 | 1.00 | >=1.00 | 满足 |
Y | 1.00 | 1.00 | ||||
高规 | X | 1.60 | 1.68 | >=0.90 | 满足 | |
Y | 1.54 | 1.50 | ||||
有效质量系数 | X | 93.83% | 94.34% | >90.00% | 满足 | |
Y | 93.24% | 93.78% | >90.00% | 满足 | ||
地震底部剪重比 | X | 3.95% | 3.75% | >=1.60% | 满足 | |
Y | 3.79% | 3.47% | >=1.60% | 满足 | ||
结构自振周期(s) | 第一平动 | 1.02(T1) | 1.14(T1) | 周期比=0.86<=0.90 | 满足 | |
第二平动 | 0.92(T3) | 1.02(T2) | ||||
第一扭转 | 0.99(T2) | 0.97(T3) | ||||
层间位移角 | 地震 | X | 1/1008 | 1/934 | <1/550 | 满足 |
Y | 1/880 | 1/730 | <1/550 | 满足 | ||
风荷载 | X | 1/8124 | 1/7054 | <1/550 | 满足 | |
Y | 1/1914 | 1/1477 | <1/550 | 满足 | ||
位移比 | X | 1.04 | 1.03 | <1.50 | 满足 | |
Y | 1.25 | 1.23 | <1.50 | 满足 | ||
结构刚重比 | X | 32.40 | 27.05 | >10.00 | 满足 | |
Y | 26.40 | 21.15 | >10.00 | 满足 | ||
（2）调整前后截面对比
智能设计后，柱构件第1组与第5组截面保持400X400mm不变，其余三组截面原400X400mm优化为350X350mm；梁构件根据分组位置的不同有增大与缩小，大致为周圈构件增大或保持不变，内部范围构件减小或保持不变，具体如下图所示：
设计组 | 调整策略 | 初始截面 | 当前截面 |
柱-平面1 | 宽度缩放高宽比不变 | 400*400 | 340*400 |
柱-平面2 | 宽度缩放高宽比不变 | 400*400 | 350*350 |
柱-平面3 | 宽度缩放高宽比不变 | 400*400 | 350*350 |
柱-平面4 | 宽度缩放高宽比不变 | 400*400 | 350*350 |
柱-平面5 | 宽度缩放高宽比不变 | 400*400 | 400*400 |
梁-平面1 | 高度缩放 | 200*500 | 200*550 |
200*550 | 200*650 | ||
200*400 | 200*450 | ||
梁-平面2 | 高度缩放 | 200*400 | 200*350 |
200*450 | 200*350 | ||
200*500 | 200*400 | ||
梁-平面3
| 高度缩放
| 200*600 | 200*500 |
200*550 | 200*450 | ||
200*400 | 200*350 | ||
梁-平面4 | 高度缩放 | 200*400 | 200*350 |
200*450 | 200*400 | ||
200*500 | 200*450 | ||
梁-平面5
| 高度缩放
| 200*500 | 200*550 |
200*550 | 200*650 | ||
200*400 | 200*450 | ||
梁-平面6 | 高度缩放 | 200*400 | 200*450 |
（3）计算前后造价对比
表 造价对比
优化目标 | 初始值 | 当前值 | 变化情况 |
总造价 | 336295.10 | 316101.50 | -5.99% |
（4）迭代曲线
四．小结
（1）指标灵敏度可定量地表示各个构件对整体指标的影响程度，指导设计师完成模型的调整；
（2）相对于之前凭设计经验手动进行设计分组，指标灵敏度可以更精准地对超过某一阈值的关键构件进行构件的自动分组，优化调整策略，提升AID的计算效率；
（3）当模型的扭转位移比、层间位移角等多个指标同时不满足规范要求时，可结合“多指标多工况”查看与筛选敏感度指标，并指导构件的设计分组策略；
（4）通过指标灵敏度可以更好的指导标准层的划分，合理进行竖向结构布置；
（5）指标灵敏度工具是相对独立于AID的一个功能。即便设计师选择手动调整模型，对于初级设计师，它可弥补经验的不足指导模型调整的方向，对于有经验的设计师，它同样可以修正模型调整过程中的策略偏差。无论对于手工调模的场景，还是使用智能辅助设计自动调模的场景，对于设计师来说指标灵敏度工具都是调模不可多得的利器！
