点击上方“构思结构”，大白教你调模型。

“新南幼儿园”

内部实景

?凤凰卫视设计家Designer

结构设计：大白小郑郑

上期文章中，大白发起了问卷调查：日常工作中，是否控制模型的连梁截面抗剪超限？截至目前，共有位朋友参与了活动，感谢大家的支持。从投票结果上看，严格控制：适当放松：尝试抵抗：直接放弃的人数比例约为4.5：3：2：0.5。看来大家都觉得，连梁抗剪超限问题需要认真对待。应构思结构讨论群内某位大神（刚开始工作，就用他的cad插件了）的建议，后续大白会专门写篇文章，聊聊连梁抗剪超限调整的方法。另外，先给大家道个歉。在“十三秒判断结构模型的调整效果，你也可以做到！“这篇文章中，大白犯了一个错：YJK软件在连梁刚度不折减时的基本模型，是不强制采用刚性楼板假定的。

软件说明书截图

所以，当勾选”增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移“，以观察基本模型下的主要周期时，应同时勾选”对所有楼层采用强制刚性楼板假定“选项。YJK回复用户邮件截图

应勾选项

因此，文章中的调整步骤更新如下：

1、模型初算前，在设计参数中勾选“增加计算连梁刚度不折减模型下的地震位移”和“对所有楼层采用强制刚性楼板假定”选项；2、完整计算，记录[基本模型]下的主要周期；3、调整结构布置，并重新计算；4、观察进度栏中目标周期的相对变化；5、若周期增大，马上中止计算，重复步骤3～步骤5；若周期减小，说明调整方案有效，等待计算结果。

感谢盈建科软件的李工对大白的指导，在此特别致谢！

李工绝对是位优秀的软件工程师，他不仅答复用户对软件的疑问，还引导他们从基本理论出发，去解决实际工作中遇到的问题。

范例所用到的资料，当然是大白的进阶之路系列文章啦（o-o）。本期文章，先从一个案例引发的疑问讲起。广州蔡工发来模型，自己6度区的项目剪重比老是不够，且审查师不同意通过放大地震系数来解决。但是，大白先被振型信息给吸引住了，于是在读者讨论群内，给大家出了道题：可惜，大家都没有答到点子上，看来只有让大白在新文章中公布答案了：）。我们先来看一下读者模型的振型信息：周期信息（读者方案）什么？模型有三个平动振型，且Y向占了俩？结构的周期比只有0.3？

振型参与质量系数及周期比（读者方案）

Y向各有部分质量参与了前两阶振型的振动，不过所占的比例都不高。

各向振型作用下基底剪力（读者方案）

前两阶振型的总剪力占基底剪力的比例也不高，大白的直观感受是，结构仿佛被“割裂”成两个部分，整体性并不强。

当我们对指标信息存在疑问时，可以继续观察宏观振动形态。

第一自振周期振型（读者方案）

第二自振周期振型（读者方案）

虽然两个振型均体现出整体振动，但侧向变形缺乏完整性，印证了大白之前的感受。日常工作中，大白常用质量参与系数占比、振型对基底剪力的贡献大小和宏观振动形态来判断结构主振型是否合理。到此，我们可初步判断，模型的指标异常是因为结构布置方案存在问题。结合标准层布置，大白尝试寻找导致指标异常的原因。

标准层布置（读者方案）

可以看到，建筑平面较为常规，但结构布置方案存在缺陷，未考虑在平面外周圈形成整体抗扭体系。

整体抗扭刚度未形成（读者方案）

红色粗虚线处结构布置的“断点”过多，未将各个墙体“串联”起来，形成整体抗扭刚度，这不是一个好的结构布置方法。

中庭天井

?凤凰卫视设计家Designer材料力学的实验告诉我们，梁在承受扭矩作用时，离构件刚度中心越远的地方，截面所承受的剪应力越大，如下图所示：

矩形梁的扭转变形[1]

而截面积相同的两根梁[1]，一个为闭口截面（图a），另一个为开口截面（图b），闭口截面的扭转刚度是远大于开口截面的。比如，当b=16mm，t=1mm时，箱型截面的扭转刚度将会是工字型截面的70倍。这就说明了，为什么钢结构在承受无法平衡的较大扭矩时，要用箱型截面来替代工字型截面。

具有相等面积的两个截面[1]

为啥不希望结构的抗扭体系上出现“断点”？这里通过一个简单的模型演示来说明[1]。两根绝缘用泡沫塑料管，每根长mm。两根管沿纵向均用机器切开了一道细缝（也就是大白所说的“断点”），但其中一根管的细缝用胶水和胶带封死（也就是抗扭刚度要“串联”起来）。此时，一根管属于开口截面，而另一根管属于闭口截面。让我们用相同的力扭转这两根管，可以明显感觉到它们在扭转刚度上的差异：

●开口截面管的扭转要比闭口截面容易得多；

●开口截面管的扭转出现了明显的翘曲现象，如图a中的管右端所示；

●闭口截面管的扭转没有发生翘曲现象。

扭矩作用下的开口和闭口截面（有翘曲）[1]

模型演示的结果说明，花费同样的结构材料，当抗扭体系存在“断点”时，结构的扭转刚度将会大幅削弱。

可能有读者会说，模型指标看上去没问题，且建筑功能有所限制，不得不采用这样的布置方案。

此时，大白会用查理·芒格（CharlieThomasMunger）的话来回复他：

“如果我知道自己将死在哪里，我永远不会去那个地方”。

大白认为，概念设计是前人经过漫长的工程实践和实际自然灾害的检验，付出无数生命牺牲和经济代价所换取的经验总结。

随着震害经验的积累，人们发现结构在地震中不仅发生水平和竖向振动，还可能发生扭转振动。

多次震害调查显示，扭转反应是结构抗震性能退化，最后导致整体倒塌的主要原因。

大白将引用工程界最著名的一个案例，来说明结构概念设计的重要性。年圣诞节的前两天，尼加拉瓜共和国首都马那瓜发生6.2级地震。15层的中央银行大厦，由于存在单跨框架、底部转换、质心与刚心严重偏离、地震下的扭转效应难以控制等多项不规则指标，在地震时扭转损伤严重，震后只能拆除。

震前照片[2]

震后照片[2]

中央银行大厦平面[2]

中央银行大厦剖面[2]

而林同炎教授设计的18层美洲银行大厦，平面对称、刚质心重合、抗侧力构件沿竖向均匀、连续、无较大突变。

大厦采用多道防线，刚柔并济的抗震设计理念（这在半个多世纪之前可是十分先进的），经历地震后，依然屹立不倒，仅经过简单修复，即可恢复使用。

美洲银行大厦平面[2]

美洲银行大厦剖面[2]

结构实例的扭转震害如此严重，大家还会不会单纯地相信模型指标的结果？再次重温下，剪力墙的布置原则为：均匀、对称、分散和周边；读者方案仅在周边布置了墙体，但未对其进行有效的“串联”，以形成整体抗扭刚度。就像前面带开口的塑料管一样，该方案难以约束地震下的扭转反应，容易造成扭转脆性破坏，严重时甚至发生倒塌。振型信息所展现出来的结果，看起来与前面模型演示的情况相似：结构体系发生了局部“翘曲”，导致了指标结果异常。在理解结构扭转破坏机理的基础上，大白以控制扭转振动为目的，重新调整了结构布置方案：结构布置图（大白方案）

尝试对外圈的墙体进行了“串联”，以加强整体抗扭刚度，并得到如下指标：

周期信息（大白方案）

调整后，结构的主要振型均恢复正常，第一振型为Y向平动，第二振型为X向平动，第三振型为扭转，周期比满足规范要求。

振型参与质量系数及周期比（大白方案）

各向振型作用下基底剪力（大白方案）前两阶振型的总剪力对基底剪力的贡献最大，可确认为主要振型。

第一自振周期振型（大白方案）

第一振型体现为整体振动，侧移变形均匀一致，无局部“翘曲”现象，说明结构布置方案合理。同时，两个主轴方向的剪重比不足问题也一并得到解决。各向剪重比结果（左：读者方案，右：大白方案）

该案例说明：

模型指标是可以用来排除结构方案的。

参考资料1.[英]季天健,AdrianBell.感知结构概念[M].2.部分图片来自：SteinbruggeCollection,EarthquakeEngineeringResearchCenter,UniversityofCalifornia,Berkeley.部分图片来自：MeteAvniSozen,R.B.Matthiesen.《EngineeringReportontheManaguaEarthquakeof23December:AReport》[M]大白声明：上述案例内容均经读者同意后发布，仅作为工程技术讨论使用。结构书单很多朋友都问了大白同一个问题：大白常看的结构书单如下，推荐给大家：延伸阅读

层间位移角的控制策略

十三秒判断模型调整效果

减位移比可以加刚度

有些墙体为什么重要剪力墙的刚度被高估

剪力墙应该这样布

构思结构，







































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