2005新版PKPM結(jié)構(gòu)軟件專題研討會之砼結(jié)構(gòu)部分

1、2005新版PKPM結(jié)構(gòu)軟件專題研討會砼結(jié)構(gòu)部分PKPM新規(guī)范軟件特點(diǎn)1、計算參數(shù)增加，部分原有參數(shù)含義改變2、計算難度和運(yùn)算量增大，必須看計算書3、墻、梁、板、柱配筋量不同程度增加地震計算剪重比新舊規(guī)范比較3層圓弧框架 13.01%7層框架 11.59%17層框支 8.43%18層框剪 10.45%21層框筒 8.26%28層框筒 5.49%31層框支 10.77%35層框支 3.79%36層剪力墻 6.06%平均增加 8.65% 地震最大層間平均位移新舊規(guī)范比較3層圓弧框架 13.04%7層框架 11.66%17層框支 10.74%18層框剪 13.60%21層框筒 13.58%28層框筒

2、 10.81%31層框支 13.33%35層框支 10.75%36層剪力墻 11.11%平均增加 12.35 % 梁腰筋從79公斤增加到258公斤，使總用鋼量增加9%（2156公斤）新舊規(guī)范地震作用彎矩圖(8度設(shè)防) 梁計算配筋新舊規(guī)范比較 主筋 箍筋7層框架 4.6% 17.7%17層框支 7.5% 2.2%18層框剪 14.8%21層框筒 16.5% 14.8%28層框筒 10.3% 3.4%31層框支 8.7%35層框支 7.3%36層剪力墻 6.0% 10.5% 平均： 9.46 % 柱計算配筋新舊規(guī)范比較 主筋 箍筋7層框架 27.5% 25.2% 17層框支 4.5% 2.0% 1

3、8層框剪 22.4% 7.4% 21層框筒 0.70% 2.9% 28層框筒 6.5% 7.8% 31層框支 6.3% 1.2%35層框支 5.5% 7.6% 平均： 10.49 % 7.7%新舊規(guī)范樓板配筋鋼筋量比較（一、二級鋼筋）剪切、剪彎、地震力與層間位移比三種剛度比的計算與選擇地震力與地震層間位移比的理解與應(yīng)用抗震規(guī)范第3.4.2和3.4.3條及高規(guī)第4.4.2條均規(guī)定：其樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%此參數(shù)可用于執(zhí)行以上三條款剛度比的計算，也可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端注意：當(dāng)用戶采用此種方法判斷地下室的頂板能否作

4、為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，應(yīng)在SATWE軟件的“地下室信息”中，將“回填土對地下室約束剛度比”里的值填0剪切剛度的理解與應(yīng)用高規(guī)及抗震規(guī)范里面對剪切剛度比都有要求，SATWE執(zhí)行的是抗震規(guī)范第6.1.14條的規(guī)定：當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度與上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度之比不易小于2。此參數(shù)可用于執(zhí)行以上兩規(guī)范里面規(guī)定的工程的剛度比的計算剪彎剛度的理解與應(yīng)用高規(guī)第E.0.1條規(guī)定：底部大空間大于一層時，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比e按公式e=1H2/2H1計算。e已接近于1，非抗震設(shè)計時e不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計時e不應(yīng)大于1.3高規(guī)第E.0.2條中還規(guī)定：當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在

5、3層及3層以上時，其樓層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于相鄰上部樓層的60%。注意，此項(xiàng)規(guī)定用地震力與地震層間位移比的方法確定SATWE軟件采用的計算方法是高規(guī)側(cè)移剛度的簡化計算方法此方法可用于執(zhí)行高規(guī)第E.0.1條規(guī)定的工程的剛度比的計算三種剛度比計算方法的比較按不同的方法計算剛度比，其薄弱層的判斷結(jié)果是不同的當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)在3層及3層以上時，高規(guī)還規(guī)定其樓層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于相鄰上部樓層的60%，這一項(xiàng)SATWE軟件并沒為直接輸出結(jié)果，需要設(shè)計人員根據(jù)程序輸出的每一層的剛度單獨(dú)計算地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端的判斷，不同的方法所得出來的結(jié)果不同SATWE軟件計算剪彎剛度時，H1的取值范圍包括地下室的剛

6、度，H2則取等于小于H1的高度。這對于希望將H1的值取自0.0以上的設(shè)計人員來說，或者將地下室去掉，重新計算剪彎剛度，或者根據(jù)程序輸出的剪彎剛度，人為計算剛度比三種剛度比性質(zhì)的探討地震力與地震層間位移比：是一種與外力有關(guān)的計算方法。規(guī)范中規(guī)定的ui不僅包括了地震力產(chǎn)生的位移，還包括了用于該樓層的傾覆彎矩Mi產(chǎn)生的位移和由于下一層的樓層轉(zhuǎn)動而引起的本層剛體轉(zhuǎn)動位移剪切剛度：此計算方法主要是剪切面積與相應(yīng)層高的比，其大小跟結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的剪切面積和層高密切相關(guān)。但剪切剛度沒有考慮剪力墻洞口高度變化時所產(chǎn)生的影響剪彎剛度：實(shí)際上就是單位力作用下的層間位移角，其剛度比也就是層間位移角之比。它能同時考慮剪

7、切變形和彎曲變形的影響，但沒有考慮上下層對本層的影響三種剛度的性質(zhì)完全不同，它們之間沒有什么必然的聯(lián)系，正因?yàn)槿绱?，?guī)范賦予了他們不同的使用范圍短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中底部傾覆力矩的計算高規(guī)第7.1.2條和2款規(guī)定：抗震設(shè)計時，筒體和一般剪力墻承受的第一震型底部地震傾覆力矩不易小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%TAT軟件對短肢剪力墻按雙向判斷，舊版的SATWE軟件按單向判斷，新版的SATWE按雙向判斷帶框支結(jié)構(gòu)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算結(jié)構(gòu)體系的選擇：是按復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)還是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)？規(guī)范對兩種結(jié)構(gòu)體系在抗震等級、剪力墻軸壓比、內(nèi)力計算、配筋率、底部加強(qiáng)部位的高度等方面的要求均有不同工

8、程算例某高層為帶短肢剪力墻的框支結(jié)構(gòu)，共31層（包括一層地下室）。該工程的第6層（地下室為第一層）為框支轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層以上為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。地震烈度7度（設(shè)計基本地震加速度為0.15g），框支框架的抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為二級。兩種體系結(jié)構(gòu)的計算結(jié)構(gòu)如表所示“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)體系計算分析結(jié)果樓層第3層第7層第11層剪力墻類別短剪墻3普剪墻3短剪墻7普剪墻7短剪墻11普剪墻11抗震等級特一級一級一級一級一級一級M1-168160807402286121N1-3372-15677-949-15183-457-9136AS989814700160028756781280SV1.821.822

9、.012.010.80.8V2564-6401561403079N2-3191-7209-4546-15183-1615-9136ASH324.9547.1200125223.7100N3-2895-13483-3913-13057-1271-7851UC*0.480.32*0.430.34*0.450.45“復(fù)雜高層”結(jié)構(gòu)體系計算分析結(jié)果樓層第3層第7層第11層剪力墻類別短剪墻3普剪墻3短剪墻7普剪墻7短剪墻11普剪墻11抗震等級一級一級二級一級二級二級M1-168-26595840402238121N1-3372-7209-949-15183-457-9136AS9898153151600

10、287520391280SV1.821.822.012.010.80.8V2475-64014071402209N2-3191-7209-1199-15183-1615-9136ASH202.8547.1200125100100N3-2895-134833913-13057-1271-7851UC0.480.320.430.340.450.45計算結(jié)果分析抗震等級：從上兩表可以看出，不同的結(jié)構(gòu)體系，短肢剪力墻和普通剪力墻其抗震等級是不同的內(nèi)力分析：由表中可以看出，這兩種體系的內(nèi)力分析非常復(fù)雜，即使是同一片墻在不同的結(jié)構(gòu)體系控制工況下其結(jié)果也不一樣。按“復(fù)雜高層”計算的“普剪墻3”的“M1”值，

11、遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于按“短肢剪力墻”計算的“普剪墻3”的“M1”值。這主要是因?yàn)镾ATWE軟件在進(jìn)行工況組合時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所有工況組合計算的配筋面積均小于構(gòu)造配筋面積時，程序僅按第一種工況組合輸出內(nèi)力和工況號（即恒+活）；只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制工況組合計算的配筋面積大于構(gòu)造配筋面積時，才按最大控制工況組合輸出內(nèi)力和工況號配筋率：只有定義了“短肢剪力墻”結(jié)構(gòu)，SATWE程序才對自動判斷的短肢剪力墻其截面的全部縱筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%，而“復(fù)雜高層”卻無此功能構(gòu)造邊緣構(gòu)件輸出體積配箍率：根據(jù)高規(guī)7.2.17條規(guī)定：抗震設(shè)計時，對于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒

12、體結(jié)構(gòu)以及B級高度的剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻，其構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配箍特征值v不宜小于1.0。由于程序沒有判斷A級高度和B級高度的功能，所以程序不論約束邊緣構(gòu)件還是構(gòu)造邊緣構(gòu)件，均統(tǒng)一輸出體積配箍率其他注意事項(xiàng)設(shè)計人員在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”里的【抗震等級】中定義了抗震等級后，程序?qū)丛O(shè)計人員定義的抗震等級進(jìn)行設(shè)計，不再自動提高對于非框支框架，可以按規(guī)范規(guī)定將地下一層以下的豎向構(gòu)件的抗震等級定義為三級或四級結(jié)構(gòu)，其抗震等級均需設(shè)計人員人為定義，程序不能自動判斷高規(guī)第10.2.13條的各項(xiàng)規(guī)定，程序目前沒有執(zhí)行總 結(jié)通過以上分析可以看出，對于帶框支結(jié)構(gòu)短肢剪力墻的計算，由于兩種結(jié)構(gòu)體系的側(cè)重點(diǎn)不同，單純的

13、采用任何一種結(jié)構(gòu)體系計算都可能產(chǎn)生安全隱患。設(shè)計人員因根據(jù)工程的具體情況，分別采用這兩種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計，并取最不利的結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)多塔結(jié)構(gòu)的計算帶變形縫結(jié)構(gòu)的計算帶變形縫結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：通過變形縫將結(jié)構(gòu)分成幾塊獨(dú)立的結(jié)構(gòu)若忽略基礎(chǔ)變形的影響，各單元之間完全獨(dú)立縫隙面不是迎風(fēng)面帶變形縫結(jié)構(gòu)的計算方法整體計算方法：在SATWE軟件中將結(jié)構(gòu)定義為多塔結(jié)構(gòu)所給的震型數(shù)要足夠多，以保證有效質(zhì)量系數(shù)大于90%定義為多塔后，對于老版本軟件，程序?qū)⒚恳粋€縫隙面都計算迎風(fēng)面，因此風(fēng)荷載計算偏大；新版本增加了一項(xiàng)新功能，可以人為定義遮擋面，從而有效解決了這一問題周期比計算有待商討分開計算方法舊版本軟件除風(fēng)荷載計算

14、有些偏大外，其余結(jié)果都沒有問題，新版軟件定義了遮擋面后，風(fēng)荷載計算也沒有問題了一般而言，對于基礎(chǔ)連在一起的帶變形縫結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)對上部結(jié)構(gòu)整體的協(xié)調(diào)能力有限，所以建議采用分開計算帶變形縫結(jié)構(gòu)的計算方法大底盤多塔結(jié)構(gòu)的計算結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：各塔樓擁有獨(dú)立的迎風(fēng)面各塔樓之間的變形沒有直接的影響，但都通過大底盤間接影響其他塔樓塔樓與剛性板之間沒有一一對應(yīng)的關(guān)系，一個塔樓可能只有一塊剛性板，也可能有幾塊剛性板大底盤頂板應(yīng)有足夠的剛度以協(xié)調(diào)各塔樓之間的內(nèi)力、變形和位移計算方法在SATWE軟件中將結(jié)構(gòu)定義為多塔結(jié)構(gòu)位移比、大底盤以上的各塔樓的剛度比均正確周期比、轉(zhuǎn)換部位的剛度比計算有待商討大底盤多塔結(jié)構(gòu)剛度比的計

15、算方法大底盤多塔結(jié)構(gòu)在大底盤與各主體之間的剛度比如何計算，規(guī)范并沒有說明，但也不是沒有要求。SATWE軟件僅僅輸出了1號塔的主體與大底盤相比較的結(jié)果，其它塔與大底盤相比的結(jié)果則用“*”予以表示整體計算：根據(jù)建筑抗震設(shè)計手冊要求在計算大底盤多塔結(jié)構(gòu)的地下室樓層間剪切剛度比時，大地盤地下室的整體剛度與所有塔樓的總體剛度比不應(yīng)小于2，每棟塔樓范圍內(nèi)的地下室剪切剛度與相鄰上部塔樓的剪切剛度比不應(yīng)小于1.5分開計算：上海規(guī)程條文中有建議的方法；在各塔樓周邊引45度線，45度線范圍內(nèi)的豎向構(gòu)件作為上部結(jié)構(gòu)共同作用的構(gòu)件總剛計算模型不過的主要原因多塔定義不對同一構(gòu)件同時屬于兩個塔某些構(gòu)件不在塔內(nèi)定義為空塔懸

16、空構(gòu)件用戶輸入斜梁、層間梁或不與樓面等高的梁時，如果不仔細(xì)檢查，可能出現(xiàn)梁在兩端不與任何構(gòu)件相連的情況，即梁被懸空注意：節(jié)點(diǎn)處如果有墻，則變節(jié)點(diǎn)高是不起作用的，與此節(jié)點(diǎn)相連的任一構(gòu)件標(biāo)高均與樓層相同節(jié)點(diǎn)處有柱時，與同一柱相連的梁，如果標(biāo)高差小于500mm時，標(biāo)高較低的節(jié)點(diǎn)會被合并到較高的節(jié)點(diǎn)處，大于500mm則不會合并，但最多只允許3種不同的標(biāo)高 梁1 梁1 梁2 梁2 柱 柱鉸接構(gòu)件定義不對設(shè)計人員在定義鉸接構(gòu)件時，是結(jié)構(gòu)成為可變體系，尤其是與同一節(jié)點(diǎn)相連的各個桿件，不能都定義為鉸接，程序不允許這樣的節(jié)點(diǎn)鋼支撐在SATWE中是默認(rèn)為兩端鉸接的。對于越層鋼支撐，用戶常常忽略這一點(diǎn)，同樣造成與同

17、一節(jié)點(diǎn)相連的桿件（這里為上下層的兩端支撐）均為鉸接的情況，為避免這種情況，用戶應(yīng)在SATWE前處理的“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”中將越層支撐設(shè)為兩端固接錯層結(jié)構(gòu)的計算錯層結(jié)構(gòu)的輸入當(dāng)錯層高度不大于框架梁的截面高度時，可以歸并為同一樓層參加計算，樓層標(biāo)高取兩部分樓面標(biāo)高的平均值。當(dāng)錯層高度大于框架梁截面高度時，各部分樓板應(yīng)作為獨(dú)立樓層參加整體計算。錯層洞口的輸入，只能輸入小洞口錯層結(jié)構(gòu)的計算在錯層處設(shè)變形縫在錯層處設(shè)剪力墻核心筒（可利用樓梯間實(shí)現(xiàn)）應(yīng)該每隔34層設(shè)一個貫通層，貫通層樓板厚度不小于150mm，宜雙層雙向配筋。SATWE計算時各參數(shù)宜取大值，以增加結(jié)構(gòu)整體安全儲備SATWE軟件在計算錯層結(jié)構(gòu)

18、時，會在越層柱和墻處施加水平力。由于在越層處水平力的存在，使越層構(gòu)件上下端的配筋不一樣，設(shè)計人員在出施工圖的時候可以取二者的大值砼柱計算長度系數(shù)的計算砼柱計算長度系數(shù)的計算規(guī)范要求：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第7.3.11條第2款及第3款對柱的計算長度系數(shù)都有規(guī)定工程算例：某工程為十層框架結(jié)構(gòu)，首層層高2m，第二層層高4.5m柱1、柱2、柱3按照表7.3.11-2直接取值的計算長度系數(shù)首層第二層CxCyCxCy柱13.253.251.441.44柱21.003.251.251.44柱31.001.001.251.25柱1、柱2、柱3按公式（7.3.11-1）和（7.3.11-2）計算的計算長度系數(shù)首層

19、第二層CxCyCxCy柱13.593.831.601.70柱21.333.831.421.70柱31.191.122.232.14結(jié)果分析一表中Cx、Cy的計算過程：以柱1為例，Cx=(2+4.5)/2=3.25；Cy=(2+4.5)/2=3.25二表中Cx、Cy的計算過程是根據(jù)公式（7.3.11-1）及（7.3.11-2）計算得出的注意事項(xiàng)采用公式（7.3.11-1）及（7.3.11-2）計算柱的計算長度系數(shù)時，程序采用以下原則計算梁、柱構(gòu)件的剛度：沒有按規(guī)范要求判斷水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值占總彎矩設(shè)計值的75%以上這個條件對于混凝土梁，程序采用梁的剛度放大系數(shù)恒為2.0；對于鋼梁，則采用設(shè)

20、計人員輸入的梁剛度放大系數(shù)程序?qū)τ诹硪欢瞬慌c柱（墻）相連的梁按遠(yuǎn)端梁鉸接處理當(dāng)梁的兩端與柱鉸接時，不考慮梁的剛度當(dāng)梁的一端與柱剛接、另一端鉸接時，對于砼柱，梁的剛度折減50%，并不受有無側(cè)移的限制；對于鋼梁，有側(cè)移時折減50%，無側(cè)移時不折減當(dāng)柱一端鉸接時，則相應(yīng)端梁與柱的剛度比取1.0斜柱（支撐）剛度不考慮在約束剛度比的計算中單向墻托柱、柱托單向墻，面內(nèi)按嵌固端計算，剛度比取10，面外按實(shí)際情況計算雙向墻托柱、柱托雙向墻，雙向剛度比均取10（柱端已定義為鉸接的不在此列）注意事項(xiàng)斜柱（支撐）的計算長度系數(shù)取1.0地下室的越層柱，程序不能自動搜索，而按層逐段計算柱的計算長度系數(shù)所有邊框柱，其計算

21、長度系數(shù)內(nèi)定為0.75對于砼柱，其計算長度系數(shù)上限為2.5，鋼柱計算長度系數(shù)上限為6.0程序只執(zhí)行現(xiàn)澆樓蓋的計算長度系數(shù)，沒有執(zhí)行裝配式樓蓋的計算長度系數(shù)目前的SATWE軟件對于吊車或無吊車的排架結(jié)構(gòu)的柱的計算長度系數(shù)仍按框架結(jié)構(gòu)執(zhí)行對于SATWE軟件，設(shè)計人員修改柱計算長度系數(shù)后，不要再進(jìn)行“形成SATWE數(shù)據(jù)”和“數(shù)據(jù)檢查”等操作，而應(yīng)該直接計算，否則程序仍按照原來的計算長度系數(shù)進(jìn)行計算如何判斷“水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值占總彎矩設(shè)計值的75%以上”設(shè)個條件由于目前的SATWE軟件沒有直接判斷“水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值占總彎矩設(shè)計值的75%以上”這個條件的功能，因此需要設(shè)計人員自己進(jìn)行判斷，

22、具體判斷過程如下：在新版的SATWE軟件中首先按照不執(zhí)行砼規(guī)范7.3.11-3條的方法進(jìn)行計算，從而得到所有荷載產(chǎn)生的總彎矩設(shè)計值點(diǎn)取SATWE軟件“總信息”中“恒活信息”里的“不計算恒活載”選項(xiàng)，然后進(jìn)行計算，從而得到水平荷載產(chǎn)生的彎矩設(shè)計值將頭兩步計算得到的彎矩設(shè)計值相比看是否滿足砼規(guī)范7.3.11-3條中的條件在選擇彎矩設(shè)計值時要注意盡量選擇同一工況荷載作用下的內(nèi)力值梁上架柱結(jié)構(gòu)的荷載導(dǎo)算梁上架柱結(jié)構(gòu)的荷載導(dǎo)算如果梁的剛度太小，節(jié)點(diǎn)處會產(chǎn)生較大位移，從而使內(nèi)力轉(zhuǎn)移到其他的豎向構(gòu)件中，造成梁柱內(nèi)力重分布，柱底內(nèi)力會因此減小。柱的內(nèi)力會隨梁截面增大而上升托柱梁的截面不能太小，應(yīng)盡量增大剪力墻連梁的兩種剛度模型連梁的計算模型在SATWE軟件中，剪力墻連梁剛度的計算有兩種模型，一種是桿元模型，即連梁按照普通梁的方式輸入；另一種是殼元模型，即連梁以洞口的方式形成。連梁的計算常常由于單元的劃分不細(xì)造