08第4讲-结构四轮计算法.

ChinaUniversityofPetroleumPKPM软件四轮结构计算法理解PKPM软件的四轮结构计算法ChinaUniversityofPetroleum一、前言：设计软件的合理选取PMCADPKTATSATWEPMSAP不同的软件,有不同的功能和适用范围。PKPM软件系列结构设计程序ChinaUniversityofPetroleumPMCAD：主要用于建模，其中第八项可作砖混结构和底框-抗震墙结构中砖混部分的抗震分析和计算。砖混结构的强度、构造也在这里计算。PK：适用于二维框、排架结构计算，尤其适用于带重型吊车的工业厂房设计。TAT：采用薄壁杆件原理的空间分析软件，适用于一般多、高层建筑结构设计。SATWE：基于壳元理论的空间有限元分析软件，适用于复杂多、高层建筑结构设计。PMSAP：核心是通用有限元程序，适用于任意空间结构及复杂多、高层建筑结构设计。ChinaUniversityofPetroleum由于各个软件计算模型存在的差异,即是是同一个工程,如果用不同的软件计算,其计算结果也不可能完全相同,有时会差异很大。设计人员首要任务是在是在充分了解各软件计算原理的前提下，根据工程的实际情况，选择适合本工程力学特征的计算软件。如果选择了不合理的计算软件，不仅浪费了时间和精力，而且错误的计算结果有可能导致工程隐患。结论ChinaUniversityofPetroleum第一轮计算：完成整体参数的正确设置第二轮计算：确定整体结构的合理性第三轮计算：对单构件作优化设计第四轮计算：满足施工图构造要求二、四轮结构计算步骤(以SATWE为例)ChinaUniversityofPetroleum计算确定三个主要参数1.振型组合数2.最大地震作用方向3.结构基本周期第一轮计算目标：完成整体参数的正确设置实施：确定三参数ChinaUniversityofPetroleum1.振型组合数：[耦联]取3的倍数且≤3倍层数，[非耦联]≤层数；高规5.1.13-2条：B级高度和复杂高层建筑结构平扭耦连不小于15,有塔建筑塔数的9倍,参于质量不小总质的于90%,在SATWE-WZQ.OUT文件里查看：X方向的有效质量系数:97.05%Y方向的有效质量系数:94.07%2.最大地震力作用方向:经过运算程序会给出一个方向角，当和设定方向相差15度,输入方向角重算。在SATWE-WZQ.OUT文件里查看：地震作用最大的方向=2.766(度)3.结构基本周期:可先按缺省算,得出计算值，输入后再算一次。在SATWE-WZQ.OUT文件里查看。振型号周期11.7287ChinaUniversityofPetroleum第二轮计算目标：确定整体结构的合理性。实施：将七个比值控制在规范规定的范围内（周期比、位移比、层刚度比要求强制刚性楼板）七个比值周期比位移比刚度比层间受剪承载力比刚重比剪重比有效质量比ChinaUniversityofPetroleum2.1周期比的控制高层规程第4.3.5条，要求：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。ChinaUniversityofPetroleum验算周期比的目的，主要为控制结构在大震下的扭转效应。周期比，即：第一扭转周期与第一平动周期的比值。程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。周期最长的基本扭转振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的基本平动振型对应的就是第一侧振周期T1。知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum平动因子与扭转因子22221)(21ziiiiiJvumE＋总)(2122iiivumE平动221ziiJE扭转总振动能量平动能量扭转能量总平动平动EE总平动平动EE平动因子扭转因子2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleumWzq.out考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动、扭转系数振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数11.574283.440.06(0.00+0.06)0.9421.452490.890.94(0.00+0.94)0.0631.26650.451.00(1.00+0.00)0.0040.530290.560.03(0.00+0.03)0.9750.4025103.180.97(0.05+0.92)0.0360.374814.351.00(0.94+0.05)0.0070.3631138.630.50(0.29+0.21)0.5080.308293.370.05(0.00+0.05)0.9590.212692.740.06(0.00+0.06)0.94第一振型为扭转2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum平面规整的剪力墙结构，但第一振型为扭转ChinaUniversityofPetroleum平面规整的框剪结构，但第一振型为扭转ChinaUniversityofPetroleum15层狭长结构ChinaUniversityofPetroleum•周期比计算原则楼板刚度假定：不符合刚性楼板假定情况,可以不采用楼板刚性假定2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum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，而不是绝对大小。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。•周期比控制什么？2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum一旦出现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，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，调整原则是加强结构外部，或者削弱内部。•周期比不满足要求，如何调整？2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时可以选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。以过滤局部振动产生的周期。•复杂结构的周期比控制2.1周期比的控制ChinaUniversityofPetroleum位移比（层间位移比）是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑抗震设计规范》和《高规》（4.6.3）中均有明确的规定，不再赘述。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的，如果在结构模型中设定了弹性板，则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后，再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择，以弹性楼板设定进行后续配筋计算。WDISP.OUT或图形文件输出：8.水平力作用下结构各层平均侧移简图Max-Dx/h，Max-Dy/h:X,Y方向的最大层间位移角2.2位移比的控制ChinaUniversityofPetroleumWDISP.OUTMax-Dx/h，Max-Dy/h:X,Y方向的最大层间位移角Ratio-(X),Ratio-(Y):最大位移与层平均位移的比值Ratio-Dx,Ratio-Dy:最大层间位移与平均层间位移的比值2.2位移比的控制ChinaUniversityofPetroleum2.3刚度比的控制WMASS.OUT：各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息Ratx，Raty:X，Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值Ratx1，Raty1:X，Y方向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侧移刚度80%的比值中之较小者1.0,否则修正薄弱层地震剪力放大系数。调整信息中按抗震规范调整各楼层地震内力，指定薄弱层数和层号。ChinaUniversityofPetroleum2.4层间受剪承载力比WMASS.OUT：楼层抗剪承载力、及承载力比值Ratio_Bu:表示本层与上一层的承载力之比65%,否则加大柱子或剪力墙截面ChinaUniversityofPetroleum2.5刚重比WMASS.OUT：结构整体稳定验算结果X向刚重比EJd/GH**2=8.01Y向刚重比EJd/GH**2=9.60该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应否则：“设计信息”中“考虑P-△效应”ChinaUniversityofPetroleum2.6剪重比控制•控制剪重比，是要求结构能过承担足够的地震作用，不能小于规范要求。•若结构的剪重比是小于规范要求，首先应研究设计方案是否合理，改进结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。其次才考虑调整地震力，剪重比调整系数将直接乘在该层构件的地震内力上。WZQ.OUT:Vx(分塔剪重比)(整层剪重比)1.6%/3.2%/…..ChinaUniversityofPetroleum2.7有效质量比WZQ.OUT:X、Y方向的有效质量系数:90%否则：增加振型个数。3nChinaUniversityofPetroleum第三轮计算目的：对单构件作优化设计实施：1、打开WGCPJ.OUT检查超筋并增大截面消除超筋。2、“图形文件输出”中检查“墙、柱轴压比”图有无超出规范，否则增大墙、柱截面。数据检查配筋率计算结果不超限截面优化轴压比柱剪力墙梁柱剪力墙要求ChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleumChinaUniversityofPetroleum第四轮计算1：配筋计算要输入合理的归并系数、梁支座形式、钢筋选筋库等。对初次计算结果不满意，应进行多次试算调整。2：生成施工图前，要认真输入出图参数。梁柱最小筋径、框架顶角配筋方式、柱纵筋塔接和箍筋型式、钢筋放大系数。3：要仔细检查成图目标：满足施工图构造要求实施：构造要求ChinaUniversityofPetroleum三、结束语：提倡概念设计复杂多变的结构计算要分层次有序进行每轮计算要多次试算，力争方案合理用两个以上的软件校核人是主导，软件是工具