PKPM高层模型控制参数及调整.docx

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PKPM高层模型控制参数及调整

satwe处理后最主要控制以下几个参数就可以了。

高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法

高层设计的难点在于竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置，设计过程中控制的目标参数主要有如下七个：

一、轴压比：

主要为限制结构的轴压比，保证结构的延性要求，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6，高规6.4.2和及相应的条文说明。

轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

轴压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：

增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

二、剪重比：

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全，见抗规5.2.5，高规及相应的条文说明。

这个要求如同最小配筋率的要求，算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求，就要人为提高，并按这个最低要求完成后续的计算。

剪重比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后，SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。

2、人工调整：

如果还需人工干预，可按下列三种情况进行调整：

1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。

2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。

3）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。

三、刚度比：

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2，高规4.4.2及相应的条文说明；对于形成的薄弱层则按高规予以加强。

刚度比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规将该楼层地震剪力放大1.15倍。

2、人工调整：

如果还需人工干预，可按以下方法调整：

1）适当降低本层层高，或适当提高上部相关楼层的层高。

2）适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。

四、位移比：

主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。

见抗规3.4.2，高规4.3.5及相应的条文说明。

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；调整方法如下：

1）由于位移比是在刚性楼板假定下计算的，最大位移比往往出现在结构的四角部位；因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度；同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。

2）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。

五、周期比：

主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响，见高规4.3.5及相应的条文说明。

周期比不满足要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。

周期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布置，提高结构的抗扭刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度；利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，或削弱需要增大周期方向的刚度。

当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整：

1）SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。

2）结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。

见抗规3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性（周期和振型）宜相近”。

3）当第一振型为扭转时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度。

4）当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的抗侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。

5）在进行上述调整的同时，应注意使周期比满足规范的要求。

6）当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求；当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求。

六、刚重比：

主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌，见高规5.4.1和5.4.4及相应的条文说明。

刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

刚重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：

只能通过人工调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

七、层间受剪承载力比：

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.3-2，高规4.4.3及相应的条文说明；对于形成的薄弱层应按高规予以加强。

层间受剪承载力比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，将该楼层强制定义为薄弱层，SATWE按高规将该楼层地震剪力放大1.15倍。

2、人工调整：

如果还需人工干预，可适当提高本层构件强度（如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。

如果结构竖向较规则，第一次试算时可只建一个结构标准层，待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层；这样可以减少建模过程中的重复修改，加快建模速度。

上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变，在调整过程中可能相互关联，应注意不要顾此失彼。

上述调整方法针对的是一般的高层结构，对于复杂的高层结构还需要更多的经验和专业知识才能解决问题。

刚度比

　　主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2，高规4.4.2及相应的条文说明；对于形成的薄弱层则按高规予以加强。

　　规定：

　　F新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。

　　F新高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。

　　F新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

　　F新高规的10.2.6条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录D的规定。

　　FE.0.1底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时不应大于2。

　　FE.0.2底部为2~5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框架-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。

　　层刚度比的计算方法：

　　F高规附录E.0.1建议的方法——剪切刚度

　　Ki=GiAi/hi

　　F高规附录E.0.2建议的方法——剪弯刚度

　　Ki=Fi/Δi

　　F抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议的计算方法：

　　Ki=Vi/Δui

　　层刚度比的控制方法：

　　新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，所以刚度比的合理计算很重要。

　　新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，所以层刚度计算的准确性就比较重要。

程序提供了三种计算方法：

　　Ø1。

楼层剪切刚度

　　Ø2。

单层加单位力的楼层剪弯刚度

　　Ø3。

楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度

　　三种计算方法有差异是正常的，可以根据需要选择。

　　Ø只要计算地震作用，一般应选择第3种层刚度算法

　　Ø不计算地震作用，对于多层结构可以选择剪切层刚度算法，高层结构可以选择剪弯层刚度

　　Ø不计算地震作用，对于有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法

　　转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。

　　层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。

　　当采用第3种层刚度的计算方式时，如果结构平面中的洞口较多，这样会造成楼层平均位移的计算误差增加，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算层刚度。

选择剪切、剪弯层刚度时，程序默认楼层为刚性楼板。

　　层刚度比即结构必须要有层的概念，但是，对于一些复杂结构，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，或者本层根本没有楼板，所以在设计时，可以不考虑这类结构所计算的层刚度特性。

　　对于大底盘多塔结构，或上联多塔结构，在多塔和单塔交接层之间的层刚度比是没有意义的。

如大底盘处因为离塔较远的构件，对该塔的层刚度没有贡献，所以遇到多塔结构时，层刚度的计算应该把底盘切开，只能保留与该塔2到3跨的底盘结构。

　　对于错层结构或带有夹层的结构，层刚度比有时得不到合理的计算，这是因为层的概念被广义化了。

此时，需要采用模型简化才能计算出层刚度比。

刚重比

　　刚重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。

因此调整周期比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。

同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。

特别是当结构的周期比接近规范限值时，应采用加强结构外围刚度的方法

剪重比

剪重比为地震作用与等效重力荷载的比值。

　　剪重比是规范考虑长周期结构用振型分解反应谱法和底部剪力法计算时,因地震影响系数取值可能偏低,相应计算的地震作用也偏低,因此出于安全考虑,规范规定了楼层水平地震剪力得最小值.若楼层水平地震剪力小于规范对剪重比的要求,水平地震剪力的取值应进行调整,

　　抗震规范第5.2.5条明确要求了楼层剪重比

周期比

　　规范条文：

新高规的4.3.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期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、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。

　　对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:

　　1）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）通常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动周期T1

　　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）

　　周期比控制什么？

如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性

　　周期比不满足要求，如何调整？

一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。

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，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度。

　　验算周期比的目的，主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。

　　多塔结构周期比：

对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。

如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。

　　体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。

　　当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。

以过滤局部振动产生的周期。

位移比

　　规范条文：

新高规的4.3.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，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。

　　位移比的限值：

是根据刚性楼板假定的条件下确定的，其平均位移的计算方法，也基于“刚性楼板假定”。

控制位移比的计算模型：

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”，其中的关键是“最小位移”，当楼层中产生0位移节点，则最小位移一定为0，从而造成平均位移为最大位移的一半，位移比为2。

则失去了位移比这个结构特征参数的参考意义，所以计算位移比时，如果楼层中产生“弹性节点”，应选择“强制刚性楼板假定”。

　　规范要求：

高规4.3.5条，应在质量偶然偏心的条件下，考察结构楼层位移比的情况。

　　层间位移角：

程序采用“最大柱（墙）间位移角”作为楼层的层间位移角，此时可以“不考虑偶然偏心”的计算条件。

　　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，或者本层根本没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，结构分析严重失真，位移比也没有意义。

所以这类结构可以通过位移的“详细输出”或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，计算失真。

　　总之，结构位移特征的计算模型之合理性，应根据结构的实际出发，对复杂结构应采用多种手段。

轴压比指柱（墙）的轴压力设计值与柱（墙）的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值（进一步理解为：

柱（墙）的轴心压力设计值与柱（墙）的轴心抗压力设计值之比值）。

它反映了柱（墙）的受压情况，《建筑抗震设计规范》（50011-2010）中6.3.6和《混凝土结构设计规范》（50010-2010）中都对柱轴压比规定了限制，限制柱轴压比主要是为了控制柱的延性，因为轴压比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破坏呈脆性。

　　u=N/A*fc，

　　u—轴压比，对非抗震地区，u=0.9

　　N—轴力设计值

　　A—截面面积

　　fc—混凝土抗压强度设计值

　　《建筑抗震设计规范》表6.3.6中的注释第一条：

可不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值。

　　限制轴压比主要是为了控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见《抗规》6.3.7和6.4.6，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样。

　　《混凝土结构设计规范》（）条表注1：

轴压比指柱地震作用组合的轴向压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。