PKPM结构设计应用1016文档格式.docx

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在进行上部结构计算时采用“模拟施工方法1”；

在框剪结构基础计算时，用“模拟施工加载2”，这样得出的上部结构传递至基础的力比较合理。

风荷载计算信息：

计算X，Y两个方向的风荷载，选择“计算风荷载”，此时地下室外墙不产生风荷载。

地震力计算信息：

计算X，Y两个方向的地震力，抗震设计时选择“计算水平地震力”；

8度、9度大跨和长悬臂及9度的高层建筑，应选“计算水平和竖向地震力”。

特殊荷载计算信息：

不计算，一般情况下不考虑。

结构类别：

本例为“框剪结构”，其他工程按照所采用的结构体系填写。

裙房层数：

MANNEX=0，定义裙房层数，无裙房时填0。

转换层所在层号：

MCHANGE=0，定义转换层所在层号，便于内力调整，无则填0。

墙元细分最大控制长度（m）：

Dmax=2.00，一般工程取2.0，框支剪力墙取1.5或1.0。

墙元侧向节点信息：

内部节点，一般工程宜选择“内部节点”，“出口节点”精度高于“内部节点”，但非常耗时。

是否对全楼强制采用刚性楼板假定：

是，计算位移比与层刚度比时选“是”，计算内力与配筋及其他内容时选择“否”。

2.风荷载信息

选择“风荷载信息”，进行风荷载参数设置，如图5.9所示。

修正后的基本风压（kN/m2）：

W0=0.6，一般取50年一遇（n=50）；

对于对风荷载敏感的和体形复杂的结构要取100年一遇（n=100）。

地面粗糙程度：

“B”类，建筑密集城市市区选“C”类，乡镇、市郊等选“B”类，海岸选择“A”类，如果建筑密集城市市区且房屋较高选“D”类。

结构基本周期（s）：

T1=1.73，初步计算宜取程序默认值，待程序计算出结构的基本周期后，再代回重新计算。

体形变化分段数：

MPART=1，定义结构体形变化分段，体形无变化填1。

各段最高层号：

NSTi=18，按各分段内各层的最高层层号填写。

各段体形系数：

USi=1.30，高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面取1.3。

3.地震信息

选择“地震信息”，进行地震信息参数设置，如图5.10所示。

结构规则性信息：

选择“不规则”，规则结构选择“规则”。

扭转偶联信息：

选择“耦联”，振型叠加的CQC组合为耦联算法，SRSS组合为非耦联算法，一般地震力计算都采用CQC方法，因此多高层建筑宜选择“耦联”，多层选择“耦联”后不必增大边榀地震内力。

计算振型数：

NMODE=15，“耦联”取3的倍数且≤3倍层数，“非耦联”≤层数；

且参与计算振型的“有效质量系数”应≥90%。

地震烈度：

NAF=7。

场地类别：

KD=2。

设计地震分组：

“第一组”。

特征周期：

Tg=0.35，II类场地设计地震分组一、二、三组分别取0.35s，0.40s，0.45s。

多遇地震影响系数最大值：

Rmax1=0.08。

罕遇地震影响系数最大值：

Rmax2=0.50。

框架的抗震等级：

NF=2，丙类7度H≤30m，取3。

剪力墙的抗震等级：

NW=2，丙类7度框剪取2。

活荷质量折减系数：

RMC=0.50，雪荷载及一般民用建筑楼面等效均布活荷载取0.5。

周期折减系数：

CT=0.75，框架结构填充墙较多取0.6～0.7，填充墙较少取0.7～0.8；

框剪结构填充墙较多取0.7～0.8，填充墙较少取0.8～0.9，剪力墙结构填充墙较多取0.9～1，填充墙较少取1。

结构的阻尼比（%）：

DAMP=5.00，钢筋混凝土结构一般取“0.05”，高层钢结构“0.02”（层数多于12层）、“0.035”（层数不多于12层），门式轻型钢结构“0.05”，组合结构“0.04”。

是否考虑偶然偏心：

“是”，多层结构可选“否”，规则多层若同时选择“非耦联”，应按规范增大边榀地震内力。

是否考虑双向地震作用：

“是”，多层建筑一般按单向地震计算，即不考虑“双向地震”，高层建筑（平面或者竖向不规则）一般直接选择“双向地震”。

斜交抗侧力构件方向的附加地震数：

填0，斜交角度>

时应输入计算。

4.活载信息

选择“活载信息”，进行活载信息参数设置，如图5.11所示。

柱、墙活荷载是否折减：

“折减”，在PM建模不折减时，宜选“折减”。

传到基础的活荷载是否折减：

“折减”，PM在PM建模不折减时，宜选“折减”。

柱，墙，基础活荷载折减系数：

参见《荷载规范》。

5.调整信息

选择“调整信息”，进行调整信息参数设置，如图5.12所示。

中梁刚度增大系数：

BK=2.00，现浇楼板取1.3～2.0，宜取2.0；

装配式楼板取1.0。

梁端弯矩调幅系数：

BT=0.85，现浇框架梁0.8～0.9；

装配整体式框架梁0.7～0.8。

调幅后，程序按平衡条件将梁跨中弯矩相应增大。

梁设计弯矩增大系数：

BM=1.1，取值1.0～1.3，已考虑活荷载不利布置时，宜取1.0。

连梁刚度折减系数：

BLZ=0.70，一般取0.7；

位移由风载控制时取≥0.8。

梁扭矩折减系数：

TB=0.40，现浇楼板取0.4～1.0，宜取0.4；

全楼地震力放大系数：

RSF=1.00，取值0.85～1.50，一般取1.0。

0.2Q0调整：

起始层号1，终止层号18，用于框剪（抗震设计），纯框加填“0”。

顶塔楼内力放大起算层号：

NTL=0，按突出屋面部分最低层层号填写，无顶塔楼填0。

顶塔楼内力放大：

RTL=1.00，计算振型数为9~15及以上时，宜取1.0（不调整）；

计算振型数为3时，取1.5。

顶塔楼宜每层作为一个质点参与计算。

九度结构及一级框架梁柱超配筋系数：

CPCOEF91=1.15。

是否按抗震规范5.2.5调整楼层地震力IAUTO525=1，用于调整剪重比，抗震设计时选择调整。

是否调整与框支柱相连的梁内力：

IREGU_KZZB=0，一般“不调整”。

剪力墙加强区起算层号：

LEV_JLQJQ=1，一般取“1”。

强制指定的薄弱层个数NWEAK=0，由用户自行指定某些薄弱层，不需指定时填“0”。

6.设计信息

选择“设计信息”，进行设计信息参数设置，如图5.13所示。

结构重要性系数：

R0=1.00，安全等级二级，设计使用年限50年，取1.00。

柱计算长度计算原则：

“有侧移”，一般按“有侧移”。

钢结构也属于“有侧移”结构。

梁柱重叠部分简化：

“不简化”，一般工程选择“不简化”，异形柱结构宜选择“简化作为刚域”。

是否考虑P-Δ效应：

“否”，一般不考虑。

柱配筋计算原则：

按单偏压计算，整体计算选“单偏压”，角柱、异形柱按照“双偏压”进行补充验算。

可按特殊构件定义角柱，程序自动按“双偏压”计算。

钢构件截面净毛面积比：

RN=0.85，用于钢结构。

梁保护层厚度（mm）：

BCB=25.00，室内正常环境，混凝土强度>

C20时取≥25mm。

柱保护层厚度（mm）：

ACA=30.00，室内正常环境取≥30mm。

是否按混凝土规范（7.3.11－3）计算混凝土柱计算长度系数：

“否”，一般情况下选“否”，水平力设计弯矩占总设计弯矩75%以上时选“是”。

7.配筋信息

选择“配筋信息”，进行配筋信息参数设置，如图5.14所示.

梁主筋强度（N/mm2）：

IB=300，选用的钢筋强度设计值，HPB235取210N/mm2，HRB335取300N/mm2。

柱主筋强度（N/mm2）：

IC=300。

墙主筋强度（N/mm2）：

IW=300。

梁箍筋强度（N/mm2）：

JB=210。

柱箍筋强度（N/mm2）：

JC=210。

墙分布筋强度（N/mm2）：

JWH=300。

梁箍筋最大间距（mm）：

SB=100.00，抗震设计时取加密区间距，一般取100。

柱箍筋最大间距（mm）：

SC=100.00，抗震设计时取加密区间距，一般取100。

墙水平分布筋最大间距（mm）：

SWH=200.00。

墙竖向筋分布最小配筋率（%）：

RWV＝0.30，抗震设计时应≥0.25。

8.荷载组合

选择“荷载组合”，进行荷载组合参数设置，如图5.15所示。

一般选择程序默认值。

9.地下室信息

选择“地下室信息”，进行地下室信息设置，如图5.16所示。

回填土对地下室约束相对刚度比：

本例填－1（相当于上部结构嵌固于地下室顶板），如果填3相当于嵌固程度70%～80%，填5相当于完全嵌固。

外墙分布筋保护层厚度：

35，其他工程根据材料类别和所处环境类别选取。

回填土容重：

“20”，一般填土取18～20kN/m3。

室外地坪标高（m）：

“－0.35”，以地下室顶板标高为准，高为正，低为负。

回填土侧压力系数：

“0.5”，参见工程地质勘察报告，宜取静止土压力，无试验条件时，砂土可取0.34～0.45，黏性土可取0.5～0.7。

地下水位标高（m）：

“－20”，以地下室顶板标高为准，高为正，低为负。

室外地面附加荷载（kN/m2）：

“10”，取值≥10kN/m2。

人防设计等级：

“0”，有人防时为4，5，6级，0为不考虑人防设计。

人防地下室层数：

“0”，考虑人防设计的地下室层数，与地下室层数有区别。

顶板人防等效荷载：

“0”，考虑人防设计时按照人防等级选择。

外墙人防等效荷载：

10.砌体结构

选择“砌体结构”，进行砌体结构信息设置，本例为高层钢筋混凝土结构，此项不填。

5.3.2特殊构件补充定义

在SATWE主菜单中选择“特殊构件补充定义”，如图5.17所示，选择“应用”出现如图5.18所示的窗口。

可以定义特殊梁（不调幅梁、连梁、转换梁、一端铰接、两端铰接、滑动支座、门式刚架、耗能梁、组合梁等），特殊柱（上端铰接、下端铰接、两端铰接、角柱、框支柱、门式刚柱），特殊支撑（两端固结、上端铰接、下端铰接、两端铰接、人/V支撑、十/斜支撑），弹性板（弹性板6、弹性板3、弹性膜），吊车荷载，刚性板号，框抗震等级，材料强度，刚性梁等。

本例只需要定义角柱为特殊构件，在各标准层中完成角柱定义，如果有其他特殊构件的补充定义，可以继续进行定义和修改。

5.3.3温度荷载定义

选择“温度荷载定义”，出现如图5.19所示的窗口。

本例不考虑温度荷载，一般的高层建筑不需要考虑温度荷载。

5.3.4弹性支座/支座位移定义

选择“弹性支座/支座位移定义”，屏幕弹出如图5.20所示的窗口。

本例没有弹性支座/支座位移，其他工程如果有“弹性支座/支座位移”则在此处完成定义。

5.3.5多塔结构补充定义

选择“多塔结构补充定义”，屏幕弹出如图5.21所示的窗口。

本例没有多塔，多塔对于大底盘建筑是常见的，多塔和单塔主要区别在风荷载、结构周期计算方面，具体参见《高规》。

对于多塔结构，目前有离散模型和整体模型两种计算方法。

（1）离散模型。

单塔1+大底盘，单塔2+大底盘，……，单塔N+大底盘分别计算。

（2）整体模型。

按结构的实际模型输入计算。

在计算结构的周期比时，采用离散模型，以计算单塔的周期，避免多塔耦合。

在计算结构的位移比和整体内力时采用整体模型。

5.3.6生成SATWE数据文件和数据检查

完成各项定义后，选择“生成SATWE数据文件”，完成后运行“数据检查”，如果出现提示错误，则查看数据检验报告CHECK.OUT，完成修改后再次执行“生成SATWE数据文件”和“数据检查”，数据检查通过，则SATWE前处理完成。

5.4结构分析与构件内力计算

在SATWE主菜单选择“结构分析与构件内力计算”，屏幕弹出如图5.22所示的对话框。

计算层刚度比有剪切刚度、剪弯刚度、地震剪力与地震层间位移的比三种方法。

方法1：

《高规》附录E.0.1建议的方法——剪切刚度Ki=GiAi/hi。

方法2：

《高规》附录E.0.2建议的方法——剪弯刚度Ki=Vi/Δi。

方法3：

《抗震规范》的3.4.2和3.4.3条文说明及《高规》建议的方法——地震剪力与地震层间位移的比Ki=Vi/Δui。

SATWE程序提供三种方法的选择项，用户可以选用其中之一。

程序隐含的方法是第3种，即“地震剪力与地震层间位移之比”。

这三种计算方法有差异是正常的，可以根据需要选择，对于大多数一般的结构应选择第3种层刚度算法。

方法1适用于多层（砌体、砖混底框），对于底层大空间转换层，计算转换层上下刚度比，计算地下室和上部结构层刚度比（判断地下室顶板是否可以作上部结构的嵌固端）。

方法2适用于带斜撑的钢结构，转换层在3～5层时，计算转换层上下刚度比。

方法3适用于一般的结构，比其他两种方法更易通过刚度比验算。

选择第3种方法计算层刚度和刚度比控制时，要采用“刚性楼板假定”的条件，对于有弹性板或者板厚为零的工程，应计算两次，在刚性楼板假定条件下计算层刚度和找出薄弱层，然后在真实条件计算，并且检查原找出的薄弱层是否得到确认，完成其他计算。

在选择地震作用计算方法时，没有弹性楼板选择算法1“侧刚分析方法”，计算量较小，有弹性楼板选择算法2“总刚分析方法”，计算量较大。

其余选择程序默认值即可，然后选择确认，进行整体计算分析。

PKPM进行高层结构设计时的控制指标

1-1双向水平地震作用下的扭转影响

对于质量和刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计入“双向水平地震作用下的扭转影响”。

对于某个地震反应参数，记该参数在X和Y地震作用下的反应分别为Sx和Sy，那么考虑双向地震扭转效应后，地震作用下的反应根据《高规》3.3.11取

和

的较大值，位移和内力均按照上面的公式计算。

程序实现：

程序提供了“考虑双向水平地震作用”的控制开关，可根据工程实际情况决定是否考虑双向地震作用。

（1）考虑双向地震时，TAT输出双向地震作用下的楼层最大位移及位移比（SATWE，PMSAP不输出），且PMSAP增加双向地震作用工况（SATWE、TAT不增加，而是将原地震工况内力替换成双向地震作用工况内力）。

（2）按《高规》的要求，“质量偶然偏心”和“双向地震作用组合”不叠加，可以同时打开这两项开关，程序按规范要求分别进行计算，并取二者最不利结果。

（3）考虑双向地震时，应选择“扭转耦联”，即采用CQC组合法进行地震力计算。

（4）如果结构满足《抗震规范》对结构不规则判断条件两条以上（参见《抗震规范》第3.4.2条），且结构的位移比接近限值（参见《高规》4.3.5条）；

或者结构体型非常不规则、质量和刚度分布特别不均匀，则属于特别不规则结构，此时应选择“双向地震作用组合”，结构空间耦合振动明显，地震作用没有规则性，构件的地震反应也呈现耦合上升，双向效应明显。

（5）具体处理中对柱采用了与其他构件略有不同的双向地震的组合方式，柱的剪力和弯矩只考虑地震作用主方向的双向地震组合，次方向不作双向地震组合。

在进行柱双偏压配筋计算时，这种调整后的组合方式会使计算结果更合理。

1-2竖向地震作用

《高规》规定了9度的高层建筑应考虑竖向地震作用，竖向地震作用效应的计算方法参见《高规》3.3.14条。

《抗震规范》规定了8度、9度抗震设计的长悬臂（≥2m）和大跨度结构（≥24m）以及9度抗震设计的高层建筑“应计算竖向地震作用”。

《高规》10.2.6条规定带转换的高层建筑结构，8度抗震设计时转换构件“应考虑竖向地震影响”。

《高规》10.5.2条规定8度抗震设计的连体结构的连接体“应考虑竖向地震影响”。

《高规》4.4.5条文说明中规定当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，结构的扭转效应和竖向地震作用效应明显，对抗震不利，因此对其外挑尺寸加以限制，设计上“应考虑竖向地震作用影响”。

（1）设立“竖向地震”的计算开关，由用户自行决定是否考虑竖向地震作用。

（2）增设“竖向地震作用系数”项，程序自动取规范规定值1.5×

0.65×

0.75αmax，TAT允许用户修改此值，从而自己决定总竖向地震作用的大小；

SATWE按照规范取值设定。

（3）当上部结构楼层相对于下部楼层外挑较大时，应设置计算竖向地震作用。

（4）尚不能单独计算转换构件的竖向地震作用。

如果需要，可整体考虑竖向地震作用。

（5）尚不能单独计算连体结构的连接体的竖向地震作用。

1-3质量偶然偏心

《高规》3.3.3条规定，计算“单向地震作用”时，应考虑“质量偶然偏心”的影响，附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5%。

《高规》第4.3.5条规定在“考虑偶然偏心影响”的地震作用下验算楼层位移比。

（1）设立“考虑质量偶然偏心”开关，由用户自行决定是否考虑“质量偶然偏心”。

（2）当“考虑质量偶然偏心”影响时，程序先按无偏心的初始质量分布计算结构的振动特性和地震作用；

然后按照：

①X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%；

②X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%；

③Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%；

④Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%。

根据这四种偏心方式计算各质点的附加力矩，将它们与无偏心的地震作用叠加，则形成了相应于四种偏心方式的地震作用。

（3）考虑了质量偶然偏心地震后，共有三组地震作用效应：

无偏心地震作用效应（EX，EY）、±

5%X向偏心地震作用效应（EXM，EXP）和±

5%Y向偏心地震作用效应（EYM，EYP）。

（4）在内力组合时，对于任一个有EX参与的组合，将EX分别代入EXM和EXP，将增加成三个组合；

任一个有EY参与的组合，将EY分别代入EYM和EYP，也将增加三个组合，地震组合数将增加到原来的三倍。

（5）SATWE，TAT的上述偏移值5%是固定的，按规范取用的，而PMSAP偏移值可按X，Y方向不同，均由用户输入。

（6）对于一般的、常规的高层建筑结构，要选择“考虑质量偶然偏心”。

1-4楼层最小地震剪力系数（剪重比）

《抗震规范》5.2.5、《高规》3.3.13条规定，抗震验算时，结构任一楼层水平地震作用下的剪重比不应小于《抗震规范》表5.2.5给出的楼层最小地震剪力系数值。

（1）SATWE，TAT程序设有控制开关，由设计人员决定是否由程序自动调整；

PMSAP无开关，程序内定自动调整。

（2）若选择由程序自动进行调整，则程序对结构的每一层分别判断，若某一层的剪重比小于规范要求，则相应放大该层的地震作用效应，以使其满足最小剪力系数要求，但此时仍应该注意结构的方案是可能存在缺陷的。

（3）当楼层剪重比不满足要求时，首先要检查有效质量系数是否达到90%。

若没有达到，则应增加计算振型数。

（4）当有效质量系数满足要求，但是楼层剪重比不满足要求时，反映了结构刚度和质量可能分布不合理，应对结构方案的合理性进行判断并调整方案，或由程序自动把基底剪力提高。

（5）程序自动调整的方法是直接调整构件的地震内力。

如楼层该方向的剪力系数需调整1.2的系数时，程序把构件该方向的地震内力放大1.2倍，不调整该方向的地震位移。

注意

结构的剪重比根据不同的结构高度、结构类型、地震设防烈度、场地土类别都有相应的范围，如果计算结构底部剪力过小，此时应注意结构位移满足要求、构件截面配筋为构造配筋的“安全”假象，要对构件截面尺寸是否输入有误，周期折减系数等进行全面检查；

如果底部剪力过大，应该检查是否剪力墙数量过多导致结构偏刚，或者输入信息有误，无论底部剪力过大过小，都要检查原因，然后调整结构布置，使得底部剪力控制在合理范围内，这时计算的位移、内力、配筋才符合要求。

1-5位移比

《高规》第4.3.5条规定，结构平面布置应减少扭转的影响。

在“考虑偶然偏心”影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；

B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

（1）《高规》和《抗震规范》对结构层位移比的控制，均要求在“刚性楼板假定”条件下计算。

为此，软件专门设计了“强制各层为刚性楼板”的参数（SATWE及PMSAP有此开关，TAT中内定为刚性楼板假定）以适应规范的要求。

对于有弹性板或板厚为零的工程，应计算两次，先在刚性楼板假定条件下计算位移比，再在真实条件下完成内力和配筋计算。

（2）针对此条，程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，可以一目了然地判断位移比是否满足规范要求。

（3）引入“刚性楼板”的概念后，层平均位移采用算术平均算法，即层最大位移和层最小位移的和一半算得。

（4）层位移比的验算应该考虑“偶然偏心影响”。

（5）当位移比不满足要求时，往往是结构刚度布置不均匀，如一边布置剪力墙，或支撑布置不均匀等，也可能是结构上下刚度偏心较大引起，如带有偏心布置的大底盘高层建筑。

（6）位移比反映了结构在水平力作用下的扭转程度，当位移比达到边界时，还应考虑地震作用的“双向地震组合”，这会使结构配筋等大幅度增加，所以应尽量控制结构刚度在较均匀的范围内。

（7）为了明确控制结构的位移比，对多塔结构最好分开计算，采用“离散模型”以保证设计安全，当然对于位移比也可以采用“整体模型”计算。

1-6有效质量系数与计算振型数

《高规》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦连来计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对于多塔结构的振型数不应小于塔数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。

（1）WILSON.E.L教授最早提出振型有效质量系数的概念用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序，这种方法是基于“刚性楼板假定”的。

（2）程序提供的方法是一种适用于“刚性楼板”和“弹性楼板”的通用方法，用于计算各地震方向