PKPM结构设计软件在应用中的问题解析

PKPM结构设计软件在应用中的问题解析（2012.7）第一章砖混底框的设计（一）“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减”⑴由于墙梁的反拱作用，使得一部分荷载直接传给了竖向构件，从而使墙梁的荷载降低。⑵若选择此项，则程序对所有的托墙梁均折减，而不判断该梁是否为墙梁。（二）“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”⑴若选择此项，则则程序自动判断托墙梁是否为墙梁，若是墙梁则自动按照规范要求计算梁上的荷载，若不是墙梁则按均布荷载方式加到梁上。⑵若同时选择“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减”和“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”两项，则程序对于墙梁则执行“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”，对于非墙梁则执行“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减”。（三）“底框结构剪力墙侧移刚度是否应该考虑边框柱的作用”若选择此项，则程序在计算侧移刚度比时，与边框柱相连的剪力墙将作为组合截面考虑。否则程序分别计算墙、柱侧移刚度。一般而言，对混凝土抗震墙可选择考虑边框柱的作用，对砖抗震墙可选择不考虑边框柱的作用。（四）混凝土墙与砖墙弹性模量比的输入⑴适用范围：混凝土墙与砖墙弹性模量比只有在该结构在某一层既输入了混凝土墙，又输入了砖墙时才起作用。⑵物理意义：混凝土墙与砖墙的弹性模量比。⑶参数大小：该值缺省时为3，大小在3～6之间。⑷如何填写：一般而言，混凝土墙的弹性模量是砖墙的10倍以上。如果是同等墙厚，则混凝土墙的刚度就是砖墙的10倍以上。但实际上，在结构设计时，一方面混凝土墙的厚度小于砖墙，从而使混凝土墙的刚度有所降低；另一方面，在实际地震力作用下混凝土墙所受的地震力是否就是砖墙的10倍以上还是未知数，因此我们不能将该值填得过高。（五）砖混底框结构风荷载的计算⑴TAT软件可以直接计算风荷载。⑵SATWE软件不可以直接计算风荷载，需要设计人员在特殊风荷载定义中人为输入。（六）砖混底框不计算地震力时该如何设计？⑴目前的PMCAD软件不能计算非抗震的砖混底框结构。⑵处理方法：①设计人员可以按6度设防计算，砖混抗震验算结果可以不看。②砖混抗震验算完成后执行SATWE软件进行底框部分内力的计算。⑶处理方法的基本原理：①一般来说，砖混底框结构，按6度设防计算时地震力并非控制工况。②对于构件的弯矩值，基本上都是恒+活载控制；剪力值，有可能某些断面由地震力控制，但该剪力值的大小与恒+活载作用下的剪力值相差也不会很大。直接用该值设计首先肯定安全，其次误差很小。③如果个别构件出现其弯矩值和剪力值由地震力控制，这种情况一般出现在结构的外围构件中。设计人员或者直接使用该值进行设计，误差不大，或者作为个案单独处理。（七）砖混底框结构刚度比的计算与调整方法探讨（A）规范要求《建筑抗震设计规范》第7.1.8条第3款明确规定：底层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。《建筑抗震设计规范》第7.1.8条第4款明确规定：底部两层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，底部与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。（B）规范精神⑴由于过渡层为砖房结构，受力复杂，若作为薄弱层，则结构位移反应不均匀，弹塑性变形集中，从而对抗震不利。⑵充分发挥底部结构的延性，提高其在地震力作用下的抗变形和耗能能力。（C）PMCAD对混凝土墙体刚度的计算⑴对无洞口墙体的计算①如果墙体高宽比M1.0，则只计算剪切刚度，计算公式为(略)②如果墙体高宽比M1.0，则需计算剪弯刚度，计算公式为(略)⑵对小洞口墙体的计算①小洞口墙体的判别标准α＝(略)≤0.4②目前的PMCAD软件，对于砖混底框结构，只允许开设小洞口的剪力墙。对于α≥0.6或洞口高度大于等于0.8倍墙高的大洞口剪力墙，则只能分片输入。③PMCAD软件根据开洞率按照《抗震规范》表7.2.3乘以墙段洞口影响系数计算小洞口剪力墙的刚度。（D）工程算例：（例子还有图形等，未录入）本例通过不改变剪力墙布置而用剪力墙开竖缝的方法来满足其刚度比的要求。第二章剪切、剪弯、地震力与地震层间位移比三种刚度比的计算与选择（一）地震力与地震层间位移比的理解与应用⑴规范要求：《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条均规定：其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。⑵计算公式：Ki=Vi/Δui⑶应用范围：①可用于执行《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条规定的工程刚度比计算。②可用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。（二）剪切刚度的理解与应用⑴规范要求：①《高规》第E.0.1条规定：底部大空间为一层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2。计算公式见《高规》151页。②《抗震规范》第6.1.14条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。其侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。计算公式见《抗震规范》253页。⑵SATWE软件所提供的计算方法为《抗震规范》提供的方法。⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.1条和《抗震规范》第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算。（三）剪弯刚度的理解与应用⑴规范要求：①《高规》第E.0.2条规定：底部大空间大于一层时，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比γe可采用图E所示的计算模型按公式（E.0.2）计算。γe宜接近1，非抗震设计时γe不应大于2，抗震设计时γe不应大于1.3。计算公式见《高规》151页。②《高规》第E.0.2条还规定：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60％。⑵SATWE软件所采用的计算方法：高位侧移刚度的简化计算。⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.2条规定的工程的刚度比的计算。（四）《上海规程》对刚度比的规定《上海规程》中关于刚度比的适用范围与国家规范的主要不同之处在于：⑴《上海规程》第6.1.19条规定：地下室作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍。⑵《上海规程》已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。（五）工程算例：⑴工程概况：某工程为框支剪力墙结构，共27层（包括二层地下室），第六层为框支转换层。结构三维轴测图、第六层及第七层平面图如图1所示（图略）。该工程的地震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.3g。⑵1～13层X向刚度比的计算结果：由于列表困难，下面每行数字的意义如下：以“／”分开三种刚度的计算方法，第一段为地震剪力与地震层间位移比的算法，第二段为剪切刚度，第三段为剪弯刚度。具体数据依次为：层号，RJX，Ratx1，薄弱层／RJX，Ratx1，薄弱层／RJX，Ratx1，薄弱层。其中RJX是结构总体坐标系中塔的侧移刚度（应乘以10的7次方）；Ratx1为本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70％的比值或上三层平均刚度80％的比值中的较小者。具体数据如下：1，7.8225，2.3367，否／13.204，1.6408，否／11.694，1.9251，否2，4.7283，3.9602，否／11.444，1.5127，否／8.6776，1.6336，否3，1.7251，1.6527，否／9.0995，1.2496，否／6.0967，1.2598，否4，1.3407，1.2595，否／9.6348，1.0726，否／6.9007，1.1557，否5，1.2304，1.2556，否／9.6348，0.9018，是／6.9221，0.9716，是6，1.3433，1.3534，否／8.0373，0.6439，是／4.3251，0.4951，是7，1.4179，2.2177，否／16.014，1.3146，否／11.145，1.3066，否8，0.9138，1.9275，否／16.014，1.3542，否／11.247。1.3559，否9，0.6770，1.7992，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否10，0.5375，1.7193，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否11，0.4466，1.6676，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否12，0.3812，1.6107，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否13，0.3310，1.5464，否／14.782，1.2500，否／10.369，1.2500，否注1：SATWE软件在进行“地震剪力与地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”；注2：在SATWE软件中没有单独定义薄弱层层数及相应的层号；注3：本算例主要用于说明三种刚度比在SATWE软件中的实现过程，对结构方案的合理性不做讨论。⑶计算结果分析①按不同方法计算刚度比，其薄弱层的判断结果不同。②设计人员在SATWE软件的“调整信息”中应指定转换层第六层薄弱层层号。指定薄弱层层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。③当转换层设置在3层及3层以上时，《高规》还规定其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60％。这一项SATWE软件并没有直接输出结果，需要设计人员根据程序输出的每层刚度单独计算。例如本工程计算结果如下：1.3433×107／（1.4179×107）＝94.74％60％满足规范要求。④地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端的判断：a)采用地震剪力与地震层间位移比＝4.7283×107／（1.7251×107）＝2.74＞2地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端b)采用剪切刚度比＝11.444×107／（9.0995×107）＝1.25＜2地下室顶板不能够作为上部结构的嵌固端⑤SATWE软件计算剪弯刚度时，H1的取值范围包括地下室的高度，H2则取等于小于H1的高度。这对于希望H1的值取自0.00以上的设计人员来说，或者将地下室去掉，重新计算剪弯刚度，或者根据程序输出的剪弯刚度，人工计算刚度比。以本工程为例，H1从0.00算起，采用刚度串模型，计算结果如下：转换层所在层号为6层（含地下室），转换层下部起止层号为3～6，H1=21.9m，转换层上部起止层号为7～13，H2=21.0m。K1=[1/(1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251)]×107=1.4607×107K2=[1/(1/11.145+1/11.247+1/10.369)×107=1.5132×107Δ1=1/K1；Δ2=1/K2则剪弯刚度比γe=(Δ1×H2)/(Δ2×H1)=0.9933(六)关于三种刚度比性质的探讨⑴地震剪力与地震层间位移比：是一种与外力有关的计算方法。规范中规定的Δui不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩Mi产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。⑵剪切刚度：其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高密切相关。但剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。⑶剪弯刚度：实际上就是单位力作用下的层间位移角，其刚度比也就是层间位移角之比。它能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没有考虑上下层对本层的约束。三种刚度的性质完全不同，它们之间并没有什么必然的联系，也正因为如此，规范赋予了它们不同的适用范围。ds2202006-6-602:41第三章短肢剪力墙结构的计算（一）短肢剪力墙结构中底部倾覆力矩的计算⑴规范要求：《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条第2款规定：抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％。⑵TAT与SATWE软件对短肢剪力墙的判断：①TAT软件按双向判断；②旧版SATWE软件按单向