结构工程师需要画图吗结构工程师提高画图水平

“你若想在任何领域拥有竞争力，就必须熟练地掌握该领域的方方面面，不管你是否喜欢这样做，这是人类大脑的深层结构决定。 ”

—— 查理·芒格

（Charlie Munger）

△ “清水园” 项目实景

默认建筑工作室

摄影：张超

结构设计：大白 郑炜鋆

帮助读者朋友们答疑时间久了，大白发现有些自认为已经了解的知识，其实是不太靠谱的。

比如说模型指标输出这件事：

一般情况下，规范要求模型的层间位移角、位移比、周期、周期比、层间刚度比等主要计算指标是在楼板刚性假定的条件下输出的；

而位移、内力、配筋等结果则应在考虑楼板实际刚度情况（非强制刚性假定）下进行。

回想刚工作的时候，受到传统结构软件的功能限制，每个单体大白都必须准备两个 模型：

一个用来输出主要指标，而另一个则用来设计构件。

实际操作过程中，这种做法非常容易出错：

要么指标按非刚性楼板输出了；要么配筋用的是刚性板下的数值；不然就是多次修改后两个模型对不上。

大家苦不堪言，而又没有便捷的手段。

后来，随着YJK软件的普及，程序提供了“整体指标计算采用强刚，其他计算非强刚”的功能。

勾选该参数后，软件直接进行两遍计算：

第一遍采用强制刚性板假定模型，解决主要计算指标的输出问题；第二遍则采用非强制刚性板假定模型，提供内力配筋等的计算结果。

依据软件说明书，刚性板假定下程序主要输出如下结果：

1）“规定水平力”的计算；

2） 位移角和位移比；

3） 周期比；

4） 层刚度比、层间剪力与层间位移的比、剪弯刚度；

5） 结构整体稳定验算时求EJd；

6） 最小剪重比；

7） 地震作用倾覆力矩；

8） 0.2V0、框筒地震层剪力调整的系数；

大家必须注意的一点，主要输出的内容都考虑了：

剪力墙连梁刚度折减系数。

简言之，地震工况下程序计算连梁刚度折减时的结构刚度，并输出了刚性板假定下的主要指标。

显然，这种设计方式对于高烈度 地区的剪力墙项目是不太友好的。

由于 连 梁剪压比容易超限，实际操作时，刚度折减系数往往取值较低。

而计算时位移角时程序又考虑了刚度折减， 导致地震工况下的层间位移角难以满足规范限值要求。

为改善这一状况，《建筑抗震设计规范》6.2.13条的条文说明建议到 ：

计算地震内力时，抗震墙连梁刚度可折减；计算位移时，连梁刚度可不折减。

也就是说，层间位移角可按刚性板+连梁刚度折减系数1.0时的成果。

如果像前文一样，还是通过两个模型来解决这个问题，操作起来又很麻烦。

考虑到这个需求，在后续版本升级中，软件提供了考虑“增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移”的功能。

勾选该项以后，软件在WDISP.OUT末尾输出了连梁刚度不折减模型下的地震位移统计结果，如下图所示：

△ WDISP.OUT文本结果

前文提到，一般情况下：

层间 位移 角指标看的是刚性板假定下的结果。

所以大白一直默认为，程序输出的连梁刚度不折减下层间位移角指标也同样是楼板刚性假定下的结果。

事实真的如此么？大家接着往下看：

01案例概况

某高烈度地区的16层高层剪力墙办公楼，建筑总高度约62.4m，标准层层高3.90m，带 一层地下室（满铺设备夹层）；

主要设计指标如下：

抗震设防烈度为 8度 ，设计基本地震加速度值为 0.30g ，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为三类，特征周期为0.55s，剪力墙抗震等级二级；

50年一遇基本风压为0.45kN/㎡，地面粗糙度为B类。

读者疑问如下：

高烈度的SOHO办公楼，结构自重大（有夹层）。业主不允许采用减震方案。目前指标已满足规范要求，想让大白帮忙看下，上部优化空间能有多大？

读者模型的标准层如下图所示：

△ 读者标准层方案

可以看到，平面形状为较规则矩形；长度约54m，宽度约13.5m；结构高宽比约为4.6，单纯看数值并不大；

但是，WMASS.OUT中的计算结果表明， 整体结构在高烈度地震作用下，Y向底部零应力区比例高达78.33%， 结构方案不甚合 理。

若维持目前的结构方案，必须 采取可靠手段来防止整体倾覆。

△ WMASS.OUT文本结果

读者模型在连梁刚度不折减下的控制层间位移角为1/1007，可满足规范要求。但个别剪力墙厚度较大，且存在低效墙肢，故而上部自重负担大，模型存在一定优化空间。

02刚性板？

基于上述思路，大白对读者模型的 平面布置进行了 调整。

优化后的标准层方案如下图所示。考虑 连梁刚度不折减时，Y向地震控制层间位移角输出结果为1/993，已非常接近规范限值。

△ 大白 标准层方案

实际调整过程中，大白逐渐意识到，上述位移角指标可能不是刚性板假定下的结果。

为了验证这个想法，大白从基本模型出发，进行5种模型方案的对比分析：

基本模型

整体指标计算采用强刚，其它计算非强刚

连梁刚度折减系数(地震) 取0.5

强刚模型：

对所有楼层采用强制刚性楼板假定

连梁刚度折减系数(地震) 取0.5

非强刚模型：

不采用强制刚性楼板假定

连梁刚度折减系数(地震) 取0.5

基本模型（连梁刚度1.0）

整体指标计算采用强刚，其它计算非强刚

连梁刚度折减系数(地震) 取1.0

连梁刚度1.0+强刚模型

对所有楼层采用强制刚性楼板假定

连梁刚度折减系数(地震) 取1.0

可以看到，5种方案仅在刚性楼板假定和地震连梁刚度折减系数的选择上有所不同，且均勾选了“ 增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移 ”选项。

大白提取了主要计算指标，如下表所示：

▽ 指标对比表

（相同结果已用颜色区分）

经验证，如同用户手册告诉我们的，程序输出的周期和层间位移角指标均为考虑连梁刚度折减+刚性板假定下的结果 。

对于连梁刚度不折减下的层间位移角指标，基本模型、非强刚模型和基本模型（连梁刚度1.0）的计算结果（青色）是一致的，均为1/993。

也就是说，该指标是：

非 刚性板+刚度折减系数1.0时的结果 。

当大白把基本模型考虑上刚性板假定后，结果便与连梁刚度1.0+强刚模型相同，都是1/1012（灰色）。

可见，优化方案的真实位移角应为1/1012， 已能满足规范限值要求，不必继续调整。

而基本模型的位移角仅为1/993，相比前者多输出了1.8%，高地震烈度下想减少这部分位移角还是挺困难的。

大白验证发现，目前的3.0.2版程序与2.0.3版程序均有类似问题。

考虑到软件采用串联计算，从提高运算效率出发，为减少模型计算时长，采用简化运算方案是可以理解的。

实际工作中，如果模型的层间位移角已接近规范限值、而又难以调整时，可以考虑增设一个强刚模型，用以输出地震工况下连梁刚度不折减时的层间位移角，不失为一个高效的解决方案。

建议程序在后续版本升级中，增设独立参数开关，提供给需要一步计算到位的朋友们。

除此之外，细心的朋友可能会发现， 连梁刚度1.0+强刚模型下的地震层间位移角（绿色）与连梁刚度不折减（灰色）时略有不同，大白猜测是两者计算时有效质量系数不同，使得地震力与周期略有不同所导致。

03优化成果

前后方案的标准层叠合在一起，如下图所示，以方便大家对比：

△ 标准层对比图

涂黑处为已删除墙肢

经济指标汇总于下表：

▽ 经济指标对比表

可以看到，位移角控制指标变化不大的情况下，地上部分的结构自重减少了7.1%； 混凝土量与钢筋用量均可优化约10%；上部单位结构面积用钢量减少了约6.8Kg/ ㎡ ，达到了大白的预期目标。

调整后，零应力区比例由78.3%降低至68.8%，可见减轻上部自重使得地震反应力降低，能够适当缓解整体结构的倾覆问题。

白若冰 ，高级工程师，国家一级注册结构工程师；曾在《建筑结构》杂志上独立发表论文； 一线结构工程师， 从事结构设计工作15年+，一注执业10年+；擅长剪力墙结构分析及优化、复杂公建分析以及精细化设计等内容。

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