PKPM计算结果分析及注意的问题讲义.docx

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PKPM计算结果分析及注意的问题讲义

第一节结构整体性能控制

I、轴压比

一、规范要求

轴压比：

柱（墙）轴压比N/（fcA）指柱（墙）轴压力设计值与柱（墙）的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。

它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比。

规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见10版高规6.4.2和7.2.13。

抗震设计时，钢筋混凝土柱轴压比不宜超过表6.3.6的规定；对于Ⅳ类场地上较高的高层建筑，其轴压比限值应适当减小。

二、电算结果的判别与调整要点:

混凝土构件配筋、钢构件验算输出文件（WPJ*.OUT）

Uc---轴压比（N/Afc） 

1.抗震等级越高的建筑结构，其延性要求也越高，因此对轴压比的限制也越严格。

对于框支柱、一字形剪力墙等情况而言，则要求更严格。

抗震等级低或非抗震时可适当放松，但任何情况下不得小于1.05。

2.限制墙柱的轴压比，通常取底截面（最大轴力处）进行验算，若截面尺寸或混凝土强度等级变化时,还验算该位置的轴压比。

SATWE验算结果，当计算结果与规范不符时，轴压比数值会自动以红色字符显示。

3.需要说明的是，对于墙肢轴压比的计算时，规范取用重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值（即恒载分项系数取1.2,活载分项系数取1.4）来计算其名义轴压比,是为了保证地震作用下的墙肢具有足够的延性,避免受压区过大而出现小偏压的情况,而对于截面复杂的墙肢来说,计算受压区高度非常困难,故作以上简化计算。

4.试验证明，混凝土强度等级，箍筋配置的形式与数量，均与柱的轴压比有密切的关系，因此，规范针对情况的不同，对柱的轴压比限值作了适当的调整（抗规6.3.6条注）。

5.当墙肢的轴压比虽未超过上表中限值，但又数值较大时，可在墙肢边缘应力较大的部位设置边缘构件，以提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙的延性。

当为一级抗震（9度）时的墙肢轴压比大于0.3,一级（8度）大于0.2,二级大于0.1时,应设置约束边缘构件,否则可设置构造边缘构件,程序对底部加强部位及其上一层所有墙肢端部均按约束边缘构件考虑。

三、轴压比不满足简便的调整方法：

1.程序调整：

SATWE程序不能实现。

2.人工调整：

增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

II、位移和位移比

一、位移和位移比控制

位移比控制是层扭转效应控制，限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；位移角控制室整体平动刚度控制。

1．规范条文及程序处理

楼层的层间位移角就是楼层层间最大位移与层高的比值，《抗震规范》5.5.1条及《高规》3.7.3条规定不同结构的弹性层间位移角限值，按下表采用

结构类型

层间位移角

钢筋混泥土框架

1/550

钢筋混泥土框架-抗震墙、板柱-抗震墙、框架-核心筒

1/800

钢筋混泥土抗震墙、筒中筒

1/1000

钢筋混凝土框支层

1/1000

多、高层钢结构

1/300

程序在WDISP.OUT中输出楼层的最大层间位移角。

即要求：

Ratio-（X）=Max-（X）/Ave-（X）       最好<1.2    不能超过1.5

Ratio-Dx=Max-Dx/Ave-Dx         最好<1.2    不能超过1.5

Y方向相同

对于位移比，《高规》3.4.5条规定：

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角，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑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，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

程序中对每一层都计算输出最大水平位移、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，用户可以一目了然地判断是否满足规范要求。

2．最大位移和平均位移计算

最大位移：

本层墙顶、柱顶节点的最大水平位移；

平均位移：

本层墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和的一半；

最大层间位移：

本层墙、柱水平层间位移的最大值；

平均层间位移：

本层墙、柱水平层间位移的最大值与最小值之和的一半。

计算位移时某些情况的说明：

当本楼层没有柱和墙，而仅布置有支撑时，位移的计算取支撑的两端节点的水平位移。

位移角的计算取支撑的两端节点的水平位移差与竖向高差之比值。

对于包含越层柱的结构，位移的计算也是取柱的两端节点的水平位移，由于柱两端节点超出本层高度范围，由此可能导致计算的最大位移偏大，从数值上看位移比可能不能满足规范要求，用户应酌情处理。

3．位移、位移比控制原则

（1）根据《高规》3.4.5条，高层建筑验算位移比时需要考虑偶然偏心的影响，但验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心。

对于复杂结构，根据《抗震规范》5.1.1条，在进行位移，位移比验算时需要考虑双向地震作用。

（2）验算位移比应选择强制刚性楼板假定，按照规范要求的定义，位移比表示为“最大位移/平均位移”，而平均位移表示为“（最大位移+最小位移）/2”所以应选择“强制刚性楼板假定”来计算。

但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。

（3）最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。

构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。

（4）因为高层建筑在水平力作用下,几乎都会产生扭转,故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。

（5）《抗震规范》3.4.4条规定，凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。

根据《高规》5.1.5条，进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应地设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。

二、结构位移、位移比验算的适用范围

位移比验算也应勾选刚性楼板假定，但是对于复杂结构，如坡屋顶层、体育馆、看台、工业建筑等，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，结构分析可能失真，位移比也不一定有意义。

所以这类结构可以通过位移的“详细输出”或者观察结构的变形示意图，来考察结构的扭转效应。

对于错层结构或者带有夹层的结构，这类结构总是伴有大量的越层柱，当选择“强制刚性楼板假定”后，越层柱将受到楼层的约束，如果越层柱很多，计算也可能失真。

三、位移比不满足时的调整方法：

1.程序调整：

SATWE程序不能实现。

2.人工调整：

只能通过人工调整改变结构平面布置，减小结构刚心与形心的偏心距；可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度；也可找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。

III、周期比

一、高规对周期比的控制要求

《高规》3.4.5条规定：

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、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指复杂高层建筑不应大于0.85。

二、周期比验算

验算周期比的目的主要是为了控制结构在罕遇大震下的扭转效应。

1.程序计算出每个振型的侧振成分和扭振成分，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征，根据各振型的平动系数大于0.5，还是扭转系数大于0.5，区分出各振型是扭转振型还是平动振型 。

2.周期最长的扭振振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1（注意：

在某些情况下，还要结合主振型信息来进行判断）。

3.对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，如果仅是局部振动，不是第一扭转/平动周期。

再考察下一个次长周期。

4.考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大 。

5.计算Tt/T1，看是否超过0.9（0.85）

周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种对应关系，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，使结构不至于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT）

即要求：

Tt/T1=0.1579/0.3203=0.49<0.9

三、周期比验算的注意事项

进行周期比验算应选择刚性楼板假定。

（1）多塔楼结构不能直接按整体模型进行周期比验算，而必须按各塔楼分开的模型分别计算周期比与验算；

（2）当高层建筑楼层开洞较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时要注意过滤掉局部振动产生的周期；

（3）对于体育馆、空旷结构和特殊的工业建筑结构，若没有特殊要求的，一般不需要控制周期比；

（4）多层建筑结构不需要控制周期比。

四、周期比不满足时的调整

周期比反映结构整体的扭转刚度与平动刚度的某种比例关系。

当周期比不满足规范要求时，不要急于加大剪力墙截面或其他构件截面，要查出关键所在，采取相应的措施，才能有效地解决问题。

一般来说，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围刚度，或者削弱内部刚度。

参考一些工程设计中的经验，扭转周期大小与刚心与形心的偏心距大小有关，与全楼平均扭转刚度关系大；剪力墙全部按主轴正交布置时，较易满足；周边墙与核心筒墙成斜交布置时较难满足；当不满足扭转周期限制且层位移角控制潜力较大时，宜减小结构上部竖向构件刚度，增大平动周期；当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大时，应检查是否存在扭转刚度特别小的层，若存在，则应加强该层的抗扭刚度；当上述措施均无效时，可以考虑在结构边缘加斜撑；竖向构件断面及布置的改变，同时影响平动刚度和扭转刚度，应控制改变向有利于周期比方向发展；加强周边竖向构件，减弱中间竖向构件，对改变周期比有利；当周期比和规范要求相差不多时，可适当加大周边梁的刚度，等等。

IV、剪重比

一、剪重比的控制

《抗震规范》第5.2.5条，《高规》第4.3.12条明确要求了楼层剪重比不应小于剪力系数λ，

而λ与结构的基本周期及地震烈度有关，其值按下表采用。

楼层最小剪力系数λ

类别

6度

7度

8度

9度

扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构

0.008

0.016（0.024）

0.032（0.048）

0.064

基本周期大于5s的结构

0.006

0.012（0.018）

0.024（0.036）

0.048

注：

1、基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，应允许线性插入取值；

2、7、8度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

剪重比是抗震设计中非常重要的参数。

规范之所以规定剪重比，主要是因为长周期作用下，地震影响下降较快，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可能太小。

而对于长周期结构，地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，但采用振型分解法时无法对此作用做出准确计算。

因此，处于安全考虑，规范规定了个楼层水平地震剪力的最小值的要求。

在SATWE的结果文件WZQ.OUT文件中，给出了各层剪重比的计算结果和相应的调整信息。

二、剪重比控制的基本条件—有效质量系数

当有效质量系数大于0.8时，基底剪力误差一般小于5%。

在这个意义上称有效质量系数大于0.8的情形为振型数足够，否则称振型数不够。

《高规》5.1.13条规定对B级高度高层建筑结构、混合结构及复杂高层建筑结构有效质量系数不小于0.9，程序可以自动计算该参数并输出。

当剪重比不满足规范要求时，除地下室不受