pkpm结构分析设计常见问题

结构分析、设计常见问题详解1。模拟施工加载和施工次序2。地下室回填土约束3。结构楼板模型4。结构地震计算振型数的正确选取5。振型参数6、偶然偏心、双向地震7。多方向地震作用8。竖向地震的正确计算9。框支转换层结构设计1、模拟施工加载和施工次序的正确应用•软件提供了三种模拟施工方式，2008版引入了施工次序参数，以辅助模拟施工的正确计算。•模拟施工1：整体刚度，分层加载；•模拟施工2：竖向构件轴向刚度放大10倍，专用于框剪结构传基础荷载。•模拟施工3：分层刚度，分层加载；施工模拟1加荷方式XZa一层加载b二层加载c三层加载•模拟施工1一次集组结构刚度分层施加竖向荷载只计入加载层以下的节点位移量和构件内力•各层位移、内力按如下叠加得到：•第1层位移：a+b+c•第2层位移：b+c•第3层位移：c•模拟施工2的实施方式：•模拟施工2是在模拟施工1基础上，专门针对框架剪力墙结构传基础荷载而设置的（等效考虑地基变形对上部结构响应影响）。•框剪结构由于存在柱、墙轴向刚度差异大，在竖向荷载作用下，由于地基变形的差异，导致高层建筑内力计算与实测值存在一定差异。•模拟施工2是对模拟施工1的改善。•模拟施工3也未能彻底解决这一问题。施工模拟三加荷方式每次加载组成一个结构模型，仅在其顶层加载，逐层累加节点变形量，最后求解内力XZa一层加载b二层加载c三层加载•模拟施工加载3对“施工模拟1”的改进由用户指定施工次序的分层刚度分层加载进行竖向荷载作用下内力计算用分层刚度取代了施工模拟1中的整体刚度•各层位移按如下叠加得到：•第1层位移：a+b+c•第2层位移：b+c•第3层位移：c模拟施工方法的对比实例恒载一次性加载的底层轴力恒载模拟施工1加载的底层轴力恒载模拟施工2加载的底层轴力恒载模拟施工3加载的底层轴力•一次性加载与模拟施工1，对底层柱底内力是一致的。所以传基础荷载也是一致的。•模拟施工3，可以改善传基础荷载的不均匀性，但是改善不多。约5-10%。•模拟施工2，目前仍然是框剪结构传基础荷载的主要手段。•越是靠近墙的柱，不同的模拟施工方式，产生的轴力差别越大。模拟施工1与模拟施工3的对比模拟施工1的柱墙内力模拟施工3的柱墙内力•模拟施工1和模拟施工3，差别主要体现在柱的剪力和弯矩。•两种方式对梁、墙的内力影响不大。模拟施工的施工次序定义原则1。模拟施工3的计算模式下，为适应某些复杂结构，可以对楼层组装的各自然层分别指定施工次序号。2。程序隐含指定每一个自然层是一次施工（简称为逐层施工），用户可通过施工次序定义指定连续若干层为一次施工（简称为多层施工）。3。对一些传力复杂的结构，应采用多层施工的施工次序。转换层结构、下层荷载由上层构件传递的结构形式、巨型结构4。广义层的结构模型，应考虑楼层的连接关系来指定施工次序自定义楼层施工次序转换层结构的模拟施工3•模拟施工3的分层刚度分层加载法，在分层刚度时如果不考虑转换层上部结构刚度，则该分层刚度模型误差很大。如下图所示的分层模式。08版引入模拟施工次序以解决这个问题。=++该分层刚度的计算模型与实际差别很大•转换层结构正确的施工次序1234567891012345678910层号次序号112233435363748596107上传荷载结构的模拟施工1、3•上传荷载结构在模拟施工1和模拟施工3的加载方法，如果在分层加载或分层加刚度时，如果不考虑上传荷载效应，则将得到错误的计算结果。如下图所示：=++在分层刚度计算时获得错误的结果•有上传荷载模型的施工次序1234567891012345678910层号次序号112233445566778898108越层结构的模拟施工3•越层结构中，越层构件如果分层建模输入，则不存在模拟施工3加载误差的问题，如果是越层建模输入，则模拟施工3的加载将在局部产生误差。如下图所示：=++这部分结构的变形对该点影响考虑不到，导致该点位移的差别•越层柱、越层支撑模型的施工次序层号施工次序号112131425364广义层建模时的模拟施工3•08新版引入广义层的概念。当采用模拟施工3的加载模式时，应注意分层刚度的合理性。其严格依赖于施工次序的正确。否则计算结果错误或不能正常完成计算。•广义层模型的加载次序层号次序号11223344556677839410512673849510126738495102、地下室回填土约束•地下室的侧向约束，目前版本SATWE采用与地下室层刚度相关的等效附加刚度的方式。造成约束的等效附加刚度难以控制，而且也不合理。•回填土对地下室的侧向约束，只与土质、埋深、地下室迎土面积等有关。•当土质、埋深确定后，土对地下室的侧向约束，只与地下室的迎土面积有关；与地下室的层刚度无关。10987654321地下室四柱四梁模型1层为地下室例题模型•上部2-10层风荷载作用总剪力为：142kN•由于采用对称结构，所以只要考察一根柱即可说明问题。层高取3.3m•（1）当侧向约束系数取1时•1层柱剪力：16.4kN•1层柱顶弯矩：-51.5kN-m•（2）当侧向约束系数取5时•1层柱剪力：27.0kN•1层柱顶弯矩：-63.8kN-m••由此可见不同的约束系数对内力的影响。回填土对地下室侧向约束的考虑方法•地下室侧向约束在SATWE软件中，采用“回填土对地下室约束相对刚度比”系数。•该系数表征回填土侧向约束程度，是地下室层刚度的比例系数。•如：地下室抗侧移层刚度为5*107kN/m，如果Beta取2，则抗侧移层刚度将为5+2*5=15，即15*107kN/m。这样回填土的约束就由层刚度的放大（是原来的3倍）而实现。约束采用加弹簧刚度的方法，当充入的值越大，说明约束越强。•用上述方法处理土的侧向约束是很近似的，只能视为是调节层刚度的一种方法。•实际上土的侧向约束大小与结构的刚度无关，而只与土本身的性质有关。•采用上图的例子，当采用不同约束强度时，约束端上下层剪力、弯矩的反应（只在2～10层加风荷载），如下表所示。约束系数00.10.20.30.51235-12层柱剪力（kN）-35.7-35.7-35.7-35.7-35.7-35.7-35.7-35.7-35.7-35.72层柱底弯矩（kN-m）-71.8-78.0-81.6-83.9-86.7-89.8-92.0-92.8-93.5-94.71层柱剪力（kN）-35.7-17.7-7.4-0.87.416.422.625.027.030.41层柱顶弯矩（kN-m）8.5-12.2-24.0-31.7-41.1-51.5-58.6-61.4-63.8-67.6从表中可以看到：（1）当侧向约束系数为0时，1、2层柱的剪力是正常下传的；（2）当加了0.1的约束系数，附加刚度将承担一部分的剪力，相应的1层柱顶弯矩反号；（3）随着约束系数的增大，2层柱的剪力不变，但是柱底弯矩越来越大，1层柱剪力由负值变小到正值变大，1层柱顶弯矩由反号后越来越大；（4）当约束系数取-1（SATWE约定为10）时，1层柱剪力为30.4，1层柱顶弯矩为-67.6。2层柱底弯矩达到-94.7。可以预见，随着约束趋向于无穷大，1层柱顶弯矩将趋向于2层柱底弯矩（这里假设没有考虑梁的影响）。•当侧向约束越强（表现在附加刚度充入值越大）时，约束端1层柱的剪力由大变小、又由小变大的过程，当约束作用接近于侧向嵌固时，层剪力最大。其原因如下图所示：•由于充入的有限刚度可以理解为：•对地下室施加侧向弹簧约束，当弹簧约束无穷大（即充入的附加刚度值很大）时，转换为固定支点约束。侧向等效附加刚度相当于附加弹簧刚度当附加刚度很大时就相当于支座上部结构在地下室顶面产生的弯矩为：M=F*H为平衡上部弯矩地下室的剪力（不考虑梁时可以近似）为：V=M/h=F*H/h弯矩平衡势必造成地下室剪力V的增大HhMF•由上图可以看到，当侧向约束无穷大时，侧向弹簧变为侧向支座，如果把结构看作悬臂梁，需要在侧向支点处弯矩平衡。•而地下室只有1层的层高（即使多层地下室也不算高），如上部结构在地下室顶面产生的弯矩为：M=F*H；为平衡上部弯矩，地下室的剪力（不考虑梁时可以近似）为：V=M/h=F*H/h。弯矩平衡势必造成地下室剪力V的增大。•这就是为什么随着侧向约束的加强，地下室剪力、弯矩不但不减少反而增大的原因。•侧向约束充入多大的附加刚度，计算结果才能合理。从上表中可以看到：充入不同的附加刚度，计算结果差异很大。•尤其是充入的附加刚度与本层的层刚度有关。这样就很难控制充入的附加刚度的合理性。•如果地下室的体量很大，充入的侧向约束的附加刚度往往偏大很多，造成地下1层层刚度突变，剪力、弯矩突变，配筋验算增大许多。这也是工程中常常遇到的地下室设计超限的原因。侧向合理约束的探讨•合理的侧向约束应与结构的刚度无关，只与土的性质有关。如：土的成分、埋深等。下图表现了随着土的深度对地下室侧向约束的变化。埋的越深约束越大。•土的侧向刚度计算，可以近似采用“建筑基坑支护技术规程JGJ120-99”中的附录C中的C.3小节，即“土的水平抗力系数的比例系数m”。由C.3.2条：第i土层水平抗力系数的比例系数mi可按下列经验公式计算，其公式中的3个系数由地质资料提供：)2.0(12ikikikicm+−Δ=ϕϕH2H1K1K2地下室约束随深度增加•mi值的单位是（mN/m4），随着深度而增大。对H埋深处的土单位面积侧移刚度值Ak为：•Aki=mi*H*1000.0（kN/m/m2）•由上式可见，土的单位面积侧移刚度Ak是随着埋深而增大。上图两层地下室，在楼层处土对地下室的单位面积侧移刚度Ak1、Ak2，均可以由相应的埋深H1、H2计算得到。•然后考虑一侧土每层的作用面积A1、A2，则土对地下室约束的等效侧移刚度为：K1=A1*Ak1、K2=A2*Ak2。•由于土的约束侧移刚度作用在地下室的楼层处，而土对地下室侧移刚度的贡献随深度不同，所以在结构分析时，只能每层采用等效土的侧移刚度。•比如：可以取地下室2/3层高处的埋深，作为该层单位面积侧移刚度的埋深，然后再乘以地下室侧面面积，而得到该地下室土的约束等效侧移刚度。•一般地下室侧向土都属于浅层土，而结构在地下室楼层处的侧向位移也是很小的，mi的取值在整个地下室高度范围内可以取相同的值，参考“建筑桩基技术规范JGJ94-94”的第5.4.5.2条的表5.4.5（1～3项即可），对浅层土的mi值根据不同的土质，取2.5～35之间。从而可以估计出土约束产生的等效侧移刚度。•举例说明土的约束等效侧移刚度的计算方法，如：室外地平标高为0m，地下室层高为4.5m，地下室长度100m，则土的侧向作用面积为100*4.5=450m2，mi如取10（松散粉细沙），取2/3层高处的埋深计算，得：•地下1层土的约束等效侧移刚度K1=10*103*1.5*450=6.75*106kN/m•地下2层土的约束等效侧移刚度K2=10*103*6.5*450=2.925*107kN/m•从框架结构、框剪结构到剪力墙结构，结构层刚度数量级的数值跨度可以从104～1010，这与结构的体量有很大关系。•而此时，土单位面积的约束侧移刚度基本是不变的，所以土的约束作用应该是因不同的工程而异。•对于地下室结构中层刚度较大的框剪结构和剪力墙结构，其数量及在108及以上，土的约束等效侧移刚度与其相比，相对小很多。这样土的约束作用就小多了。•地下室约束与层刚度有关（旧版本）会造成：•1。由于结构地下室的层数、层刚度因工程而异，侧向土约束的等效附加刚度难以控制，如两个结构地下室埋深、外尺寸相同，但由于层刚度不同，对这两个工程将产生不同的侧向约束。•2。地下室往往伴有四周墙体，层刚度本来就很大，如果侧向约束的等效附加刚度，取该层刚度的倍数（如取3）将加剧上下层刚度的突变，造成地下一层的内力突变。这也是地下一层往往超限的原因。•新版对地下室侧向约束的方式•采用土的水平抗力系数的比例系数mi（mN/m4）。可以按照“建筑基坑支护技术规程”附录C.3计算。也可以按照“建筑桩基技术规范”第5.4.5.2条取值。•根据mi值、结构的埋