使用ETABS及美国规范进行钢板剪力墙设计

使用ETABS及美国规范进行钢板剪力墙设计

许梁章林

云南省建设投资控股集团有限公司国际工程部昆明650021

摘要：简述缅甸会展中心的设计概况。在结构设计方面，设计过程中采用了国际通用结构设计软件ETABS，并采用了美国结构规范中目前尚缺乏相关规定的钢板剪力墙体系。由于钢板剪力墙在ETABS中仅能建立模型及验算结构整体参数无法验算高厚比应力比等指标，本次设计还对这些无法验算的指标进行了补充验算。综上，本次设计可为类似国际化工程项目提供参考。

关键词：钢板剪力墙；美国规范；ETABS

1项目情况概述

缅甸第二中央商务区项目（简称SCBD），位于缅甸仰光市。项目为城市商业综合体，分为一、二、三区，总建筑面积超过80万㎡，总投资额约9亿美元，整个项目总建设工期为5~8年。

本期先行实施会展中心（MCC）部分，会展中心部分面积为124415㎡，地上5层，地下三层。上部结构体系采用钢板剪力墙体系，屋顶部分采用钢网架结构体系，最大跨度60.2m，采用彩钢板屋面。三层部分含有局部大跨度，采用钢桁架体系，最大跨度60.2m，采用钢筋混凝土上人楼面。

2.2钢板剪力墙受剪承载力验算

钢板剪力墙在ETABS计算软件中无法实现受剪承载力验算，中国规范《钢板剪力墙技术规程JGJ/T380-2015》中计算公式如下。

2.5具体验算方法

本项目在设计过程中，将国际通用结构设计软件ETABS中目前无法验算的指标高厚比、受剪承载力、边缘柱截面惯性矩、边缘梁截面惯性矩的验算通过下述步奏进行补充验算。

2.5.1利用ETABS建立计算模型验算结构整体参数指标

用国际通用计算软件ETABS软件建立准确精细的结构分析计算模型，验算结构的位移角、位移比、周期比等结构的整体参数指标，并通过不断调整计算模型使计算模型整体参数指标同时满足中国规范及美国规范的要求。

2.5.2利用PKPM及YJK建立对应计算模型验算结构整体参数指标

用国内通用计算软件PKPM及YJK建立与通过计算的ETABS模型对应一致的计算模型，补充验算结构的位移角、位移比、周期比等结构的整体参数指标，检查复核这些指标是否同时满足中国规范要求，如不复核要求，则同时调整ETABS、PKPM及YJK的计算模型，使三个模型整体参数指标同时满足相关规范要求。

2.5.3利用PKPM及YJK验算钢板剪力墙的相关指标

目前国内通用结构计算软件中应用较为广泛的结构计算软件YJK及PKPM已经具备钢板剪力墙高厚比、受剪承载力、边缘柱截面惯性矩、边缘梁截面惯性矩的验算功能，用国内计算软件复核上述参数，并对不满足要求的构件进行调整，该步调整修改在三个软件的计算模型中同时反映，使三个计算软件的整体参数及剪力墙相关指标同时满足规范要求。

2.5.4提取ETABS计算模型中钢板剪力墙的受力参数用EXCEL进行复核

在ETABS中读取钢板剪力墙构件的计算参数如墙厚、长度、设计轴力Nmax、设计轴力Nmin、设计剪力、设计弯矩、钢板厚度，以及钢板边缘的型钢截面高度、翼缘宽度、腹板厚度、翼缘厚度等参数，通过自行设计EXCEL计算表格将本章中前面所述公式编辑入EXCEL中完成ETABS中无法计算的控制参数的复核。

通过该步奏直接提取ETABS中构件的受力参数，在EXCEL中输入规范要求控制的参数进行复核，保正了钢板剪力墙构件在ETABS软件中内力分配结果的条件下，同样能满足相关规范的要求。

2.5.5闭合计算结果

上述步奏的调整首先应当保证所有计算模型中的构件参数一致，保证计算模型及计算假定一致的条件下使PKPM及YJK的整体参数及钢板剪力墙部分的设计指标满足中国规范的相关要求。与此同时，保证ETABS模型的整体参数控制满足美国规范的相关要求，ETABS模型中提取内力复核计算的钢板剪力墙相关参数满足中国规范的要求。综上，通过上述验算，在严格满足各步奏要求的情况下就能保证整个结构计算模型的安全合理。

3当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

目前钢板剪力墙结构体系属于比较新颖的结构形式，国内第一本系统介绍有关钢板剪力墙和组合剪力墙受力机理和设计理论的书籍是由郭兰慧教授和马欣伯副研究员于2013年5月1日编著出版的《钢板-混凝土组合剪力墙》。

国内第一本《钢板剪力墙技术规程》2015年11月9日发布，2016年6月1日实施，从开始实施到现在时间仅为两年，规程中还有许多细节有待在实际应用中总结和完善。

国外方面，MCC设计过程中，设计团队查阅了大量美国现有设计规范，均无钢板剪力墙的相关内容，在美国标准和中暂处于空白阶段。

综上，在钢板剪力墙领域，国内设计和施工标准、实际应用都处于起步阶段，需要在工程实践中不断完善；国外则在理论和标准方面都处于空白。

4、主要技术创新点

1、依托缅甸MCC项目，引入钢板剪力墙结构体系解决方案设计时留下的结构缺陷。在美国标准无钢板剪力墙设计标准和ETABS软件缺少相关结构验算情况下，通过技术手段完善ETABS软件的钢板剪力墙设计计算，完成设计任务，将中国处于起步阶段的先进结构体系通过国际通用结构设计软件输出到国际市场。

2、国内建筑设计领域多使用PKPM、YJK等软件，由于ETABS软件中不能直接读取中国规范中要求验算的各项指标故国内设计机构极少使用ETABS软件。由于ETABS为国际通用设计软件，国内设计机构不能熟练应用该软件导致大多数设计机构无法从事境外项目的设计工作。该项目使用国际通用计算软件并使用美国规范进行设计，极大的增强了设计单位的设计能力，同时也提高了总承包单位的设计管理能力。

图4带钢板剪力墙ETABS计算模型局部楼层轴测图

5、经济及社会效益

经济效益：MCC在方案设计阶段，结构设计存在较大的缺陷，通过本技术解决了该设计缺陷，满足了美国和新加坡标准，确保了项目的可行。按照原方案设计，其结构体系为框架-剪力墙体系且剪力墙承担倾覆力矩占比较低，不能较好的发挥剪力墙的作用。而引入钢板剪力墙设计后，增加了剪力墙部分的刚度，提高了剪力墙部分承担的倾覆力矩，同时缩小了框架部分梁柱截面尺寸预计可降低成本300万人民币。

社会效益：缅甸现阶段没有系统的建设标准和规范，其政府已意识到国家标准和规范的重要性，正在组织缅甸建筑行业专家编制自己的标准和规范，本项目业主工程师正是缅甸结构设计规范编制专家之一。通过ETABS中钢板剪力墙设计方法，将钢板剪力墙结构体系成功应用于本项目，可以为缅甸建筑结构设计领域带来新的理念和观点，成为缅甸该领域的国家规范。

参考文献

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社.2010

[2]《钢结构设计手册》编辑委员会.钢结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社.2004