pkpm錯層結(jié)構(gòu)的建模方式

1、錯層結(jié)構(gòu)是指在建筑中同層樓板不在同一高度,并且高差大于梁高（或大于500mm）的結(jié)構(gòu)類型.錯層結(jié)構(gòu)由于樓板不連續(xù)，會引起構(gòu)件內(nèi)力分配及地震作用沿層高分布的復(fù)雜化,錯層部位還容易形成不利于抗震的短柱和矮墻,屬于復(fù)雜多高層結(jié)構(gòu),因此錯層結(jié)構(gòu)在建模,計算 ,出圖等各個設(shè)計環(huán)節(jié)上都有其特殊性,比平層結(jié)構(gòu)的設(shè)計要困難得多.下面結(jié)合PKPM軟件，談?wù)勫e層結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中應(yīng)注意 的問題 .1 錯層結(jié)構(gòu)的建模方式1.1 錯層框架結(jié)構(gòu)建模1. 修改 xx 標(biāo)高方式該方式適用于僅有個別樓層的個別房間錯層的情況.PMCAD提供了【上節(jié)點高】,【錯層斜梁】及單擊鼠標(biāo)右鍵的快捷構(gòu)件修改方式,來指定或修改梁兩端的標(biāo)高，使部

2、分房間周邊的梁與同樓層其他梁標(biāo)高不同.根據(jù)PKPM軟件自動生成樓板,且樓板標(biāo)高總與周邊梁標(biāo)高對齊的規(guī)律,使得這部分房間樓板標(biāo)高也與該樓層其他樓板標(biāo)高不同,從而實現(xiàn)了錯層設(shè)計.2.增加標(biāo)準(zhǔn)層方式該方式適用于很多樓層大量房間錯層的情況.如果仍然使用修改梁標(biāo)高的方式，雖然可行，但手工計算錯層標(biāo)高繁冗易出錯，修改的工作量太大.在PMCAD模型 輸入時,結(jié)構(gòu)層的劃分原則是以樓板為界,通過增加標(biāo)準(zhǔn)層,將錯層部分的樓板人為地分開,實現(xiàn)相同樓層梁板標(biāo)高不同的目的.該方式在工程中廣泛應(yīng)用,下面舉例說明該類錯層結(jié)構(gòu)的建模過程.某框架錯層結(jié)構(gòu)（圖 1）,平面可均勻地劃分為左 ,中,右三部分.左邊1層，層高5m;中間

3、2層，層高4m;右邊2層，層高3m.該錯層結(jié)構(gòu)由于有 5 個不同標(biāo)高的樓板,通過增加標(biāo)準(zhǔn)層后按5 個標(biāo)準(zhǔn)層建立模型,樓層的層高取各樓板的高差,建模時僅復(fù)制軸網(wǎng),梁和柱的布置范圍按表1 操作 .模型各樓層數(shù)據(jù)表1樓層號層高（m）柱布置范圍xx布置范圍層 1 3全部右邊層 2 1 全部中間層 3 1 全部左邊層 4 1 中間和右邊層 5 2 中間1.2 錯層剪力墻結(jié)構(gòu)建模錯層剪力墻結(jié)構(gòu)也采用增加標(biāo)準(zhǔn)層的方式 ,但由于結(jié)構(gòu)中沒有梁,不能以梁確定樓板的標(biāo)高;同時因為墻在立面上是連續(xù)的,也不能以墻確定樓板的標(biāo)高.樓層標(biāo)高應(yīng)通過【樓層組裝】命令在樓層表中設(shè)定,程序自動在指定標(biāo)高處布置整層樓板,而錯層結(jié)構(gòu)中

4、沒有樓板的部分,可以用【樓板開洞/全房間洞】命令將其設(shè)置為洞口 ,或用【修改板厚】命令將板厚設(shè)定為0.這兩條命令在開洞效果方面完全一致,不同之處僅在于前者在開洞處沒有板荷載,而后者保留了開洞處的荷載,設(shè)計人員可以靈活選用.1.3 錯層框剪結(jié)構(gòu)建模可綜合采用錯層框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的方法 .1.4 錯層砌體結(jié)構(gòu)建模單從建模角度看,錯層砌體結(jié)構(gòu)可以采用錯層混凝土剪力墻的建模方式;但從設(shè)計角度看,由于砌體結(jié)構(gòu)按規(guī)范要求應(yīng)采用基底剪力法作分析,而基底剪力法僅適用于平面規(guī)則對稱的結(jié)構(gòu),不適用于錯層結(jié)構(gòu)分析.因此在抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū),不宜設(shè)計帶錯層的砌體結(jié)構(gòu).如樓板高差小于500mm,砌體結(jié)構(gòu)可按沒有

5、錯層設(shè)計;如樓板高差大于500mm，可通過設(shè)縫將錯層砌體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為不帶錯層的 結(jié)構(gòu) .1.5 錯層多塔結(jié)構(gòu)建模錯層多塔結(jié)構(gòu)建模時，可以先用PMCAD按相同的樓層標(biāo)高建立多塔模型，再 利用SATWEB處理"多塔結(jié)構(gòu)補充定義"中的【多塔立面/修改參數(shù)】命令，將各 塔樓的相關(guān)塔段設(shè)定為不同的層高 .1.6 建模注意事項(1)PM1 中的【布層間梁】命令不是用來做錯層結(jié)構(gòu)的 ,其僅用于布置樓層之 間的梁(如工業(yè)廠房的圈梁),該梁上不生成樓板.(2)PM2 中的【樓板錯層】命令主要用于設(shè)定部分房間樓板不同于本層標(biāo)高 , 且高差較小的情況(如衛(wèi)生間),而不能改變梁的標(biāo)高,且僅對施工圖有

6、效,對計算沒有影響 ,不能用于建立錯層模型.2 錯層結(jié)構(gòu)的計算分析2.1 錯層對結(jié)構(gòu)抗震性能的不利影響1)錯層結(jié)構(gòu)的樓板不連續(xù),在沒有樓板的區(qū)域,存在躍層構(gòu)件和不受樓板和梁約束的自由節(jié)點 ,使內(nèi)力計算十分復(fù)雜.2)錯層結(jié)構(gòu)的各層樓板布置不均勻,不對稱 ,質(zhì)心和剛心嚴(yán)重偏置,在水平地震作用或風(fēng)荷載下會發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng).3)錯層結(jié)構(gòu)引起樓層概念模糊 ,如例題本來是2層的框架結(jié)構(gòu),由于建模和計算的需要人為地變成了 5 層 ,使以層模型為基礎(chǔ)的計算分析與實際不符.4)錯層結(jié)構(gòu)的層高不一致 ,容易造成延性較差的短柱和矮墻,對結(jié)構(gòu)抗震很不利 .2.2 錯層結(jié)構(gòu)計算分析中應(yīng)注意的問題(1)根據(jù)規(guī)范精神,錯

7、層結(jié)構(gòu)中,錯開的樓層應(yīng)各自參加結(jié)構(gòu)整體計算,不應(yīng)歸并為一層計算.但各自獨立計算的錯層樓板不宜簡單地按"剛性樓板 "假定計算 ,特別是樓板被洞口切分成狹長板帶時 ,應(yīng)考慮樓板面內(nèi)剛度消弱的影響 .建議將這些 樓板設(shè)定為“彈性膜"，用SATW印算時選擇"總剛分析方法"，將按兩種模型定義的 樓板的計算結(jié)果進(jìn)行分析對比 .(2)在沒有樓板的區(qū)域可能存在大量的躍層豎向構(gòu)件和不受梁板約束的自由節(jié)點 ,因此 "計算振型個數(shù)"需要增多 ,以保證有效質(zhì)量系數(shù)大于0.9.(3)錯層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜多高層結(jié)構(gòu),抗震計算時應(yīng)選擇"考慮雙向地震

8、作用 "如是高層錯層結(jié)構(gòu)，還應(yīng)選擇“考慮偶然偏心”.新版SATWES序允許同時選擇以上兩 項 ,程序分別計算,取不利情況.(4)錯層結(jié)構(gòu)層高不一致,使有關(guān)樓層間的控制參數(shù),如層間位移比,層間剛度比 ,層間受剪承載力比等計算失真,因此不宜機械地直接采用這些數(shù)值, 而應(yīng)加以分析判斷和手工校核調(diào)整,確定其是否合理.(5)SATWEM自動搜索錯層結(jié)構(gòu)中的躍層柱及正確設(shè)定其計算長度系數(shù)，但內(nèi)力和配筋只能按樓層分段描述,設(shè)計人員可取各段配筋中的最大值出圖 .(6)目前SATW豉有自動搜索分析短柱和矮墻的功能，需要設(shè)計人員手工對這 些容易發(fā)生脆性破壞的構(gòu)件采取特別的加強措施.(7)考慮到錯層結(jié)構(gòu)計

9、算分析的復(fù)雜性和不確定性，除了用SATWE?軟件進(jìn)行 常遇地震下的彈性計算以外，必要時還應(yīng)采用EPDA程序進(jìn)行彈塑性動力時程分 析和Pushover彈塑性靜力分析，以便對比驗算及找出需要加強的薄弱部位.(8)帶轉(zhuǎn)換層,加強層,連體 ,多塔等情況,或建筑各部分層數(shù),結(jié)構(gòu)布置或剛度等有較大不同的錯層高層結(jié)構(gòu),即屬于明顯不規(guī)則的復(fù)雜高層建筑,根據(jù)建設(shè)部令第111 號的精神,應(yīng)進(jìn)行專項審查,這是保證錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的重要措施.3 錯層結(jié)構(gòu)的方案選擇和抗震構(gòu)造措施由于錯層結(jié)構(gòu)在很大程度上違反了計算分析程序的基本假定,使有限元計算未必能得到與實際工程相符的合理結(jié)果.如能回避 ,應(yīng)盡量采用沒有錯層結(jié)構(gòu)的設(shè)計

10、方案.如不能回避,對錯層結(jié)構(gòu)更應(yīng)當(dāng)強調(diào)概念設(shè)計,方案選擇和抗震措施的重要性.3.1 盡可能選擇沒有錯層的設(shè)計方案高規(guī) (JGJ3-2002)3.1.1 1 條規(guī)定 ,抗震設(shè)計時,高層建筑宜避免錯層,可以參考以下辦法:1)如結(jié)構(gòu)的錯層樓板高差不大于梁高(或不大于500mm)時，可忽略樓板的高差，按沒有錯層 計算.2)當(dāng)結(jié)構(gòu)僅有錯層梁而沒有錯層樓板時，可以在PKPM中用布置層間梁的方式建模,按非錯層結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算.3）當(dāng)房屋不同部位因功能不同使樓層錯層時,宜采用防震縫劃分為獨立的結(jié)構(gòu)單元,分別按非錯層結(jié)構(gòu)計算.4）多塔結(jié)構(gòu)各塔層高不一致時，由于SATW策序可以分別定義各塔層高及整體計算分塔輸出結(jié)果，

11、使這類錯層多塔結(jié)構(gòu)的建模和計算變得相對方便.3.2 優(yōu)化錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1）在有可能的情況下,盡量減少錯層的范圍和錯層的樓層數(shù).2）錯層兩側(cè)宜采用結(jié)構(gòu)布置和側(cè)向剛度相近的結(jié)構(gòu)體系.3）錯層建筑應(yīng)盡可能采用抗震性能好的混凝土剪力墻結(jié)構(gòu),而不宜采用框架結(jié)構(gòu)（例題僅為說明錯層的建模方式,沒有推薦之意 ）.4）錯層處宜設(shè)置通高核心筒,其余部位布置帶翼緣的剪力墻,錯層處的剪力墻應(yīng)少開洞,并布置邊框柱和邊框梁.5）錯層樓板應(yīng)盡量避免"一錯到頂 ",可以每隔幾個錯層布置整層貫通樓板，板厚不小于150mm,雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋 網(wǎng)的配筋率不宜小于0.25%.3.3 強化錯層結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施（1）高層建筑錯層處框架柱的截面高度不應(yīng)小于600mm，混凝土不應(yīng)低于C30,抗震等級應(yīng)提高一級采用 ,箍筋應(yīng)全柱段