km在应用中问题的讲义

第一章砖混底框的设计 （一）“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减” 由于墙梁的反拱作用，使得一部分荷载直接传给了竖向构件，从而使墙梁的荷载降低。 若选择此项，则程序对所有的托墙梁均折减，而不判断该梁是否为墙梁。 （二）“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载” 若选择此项，则则程序自动判断托墙梁是否为墙梁，若是墙梁则自动按照规范要求计算梁上的荷载，若不是墙梁则按均布荷载方式加到梁上。 若同时选择“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减”和“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”两项，则程序对于墙梁则执行“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”，对于非墙梁则执行“按经验考虑墙梁上部作用的荷载折减”。 （三）“底框结构剪力墙侧移刚度是否应该考虑边框柱的作用” 若选择此项，则程序在计算侧移刚度比时，与边框柱相连的剪力墙将作为组合截面考虑。否则程序分别计算墙、柱侧移刚度。 一般而言，对混凝土抗震墙可选择考虑边框柱的作用，对砖抗震墙可选择不考虑边框柱的作用。 （四）混凝土墙与砖墙弹性模量比的输入 适用范围：混凝土墙与砖墙弹性模量比只有在该结构在某一层既输入了混凝土墙，又输入了砖墙时才起作用。 物理意义：混凝土墙与砖墙的弹性模量比。参数大小：该值缺省时为3，大小在36之间。 如何填写：一般而言，混凝土墙的弹性模量是砖墙的10倍以上。如果是同等墙厚，则混凝土墙的刚度就是砖墙的10倍以上。但实际上，在结构设计时，一方面混凝土墙的厚度小于砖墙，从而使混凝土墙的刚度有所降低；另一方面，在实际地震力作用下混凝土墙所受的地震力是否就是砖墙的10倍以上还是未知数，因此我们不能将该值填得过高。 （五）砖混底框结构风荷载的计算 TAT软件可以直接计算风荷载。 SATWE软件不可以直接计算风荷载，需要设计人员在特殊风荷载定义中人为输入。 （六）砖混底框不计算地震力时该如何设计？ 目前的PMCAD软件不能计算非抗震的砖混底框结构。 处理方法： 设计人员可以按6度设防计算，砖混抗震验算结果可以不看。 砖混抗震验算完成后执行SATWE软件进行底框部分内力的计算。 处理方法的基本原理： 一般来说，砖混底框结构，按6度设防计算时地震力并非控制工况。 对于构件的弯矩值，基本上都是恒+活载控制；剪力值，有可能某些断面由地震力控制，但该剪力值的大小与恒+活载作用下的剪力值相差也不会很大。直接用该值设计首先肯定安全，其次误差很小。 如果个别构件出现其弯矩值和剪力值由地震力控制，这种情况一般出现在结构的外围构件中。设计人员或者直接使用该值进行设计，误差不大，或者作为个案单独处理。 （七）砖混底框结构刚度比的计算与调整方法探讨 （A）规范要求 建筑抗震设计规范第7.1.8条第3款明确规定：底层框架抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。 建筑抗震设计规范第7.1.8条第4款明确规定：底部两层框架抗震墙房屋的纵横两个方向，底部与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。 （B）规范精神 由于过渡层为砖房结构，受力复杂，若作为薄弱层，则结构位移反应不均匀，弹塑性变形集中，从而对抗震不利。 充分发挥底部结构的延性，提高其在地震力作用下的抗变形和耗能能力。 （C）PMCAD对混凝土墙体刚度的计算 对无洞口墙体的计算 如果墙体高宽比M1.0，则需计算剪弯刚度，计算公式为(略） 对小洞口墙体的计算 小洞口墙体的判别标准(略）0.4 目前的PMCAD软件，对于砖混底框结构，只允许开设小洞口的剪力墙。对于0.6或洞口高度大于等于0.8倍墙高的大洞口剪力墙，则只能分片输入。 PMCAD软件根据开洞率按照抗震规范表7.2.3乘以墙段洞口影响系数计算小洞口剪力墙的刚度。 （D）工程算例：（例子还有图形等，未录入）本例通过不改变剪力墙布置而用剪力墙开竖缝的方法来满足其刚度比的要求。(略） （E）设竖缝的剪力墙墙体的构造要求 竖缝两侧应设置暗柱。 剪力墙的竖缝应开到梁底，将剪力墙分乘高宽比大于1.5，但也不宜大于2.5的若干个墙板单元。 对带边框的低矮钢筋混凝土墙的边框柱的配筋不应小于无钢筋混凝土抗震墙的框架柱的配筋和箍筋要求。 带边框的低矮钢筋混凝土墙的边框梁，应在竖缝的两侧1.5倍梁高范围内箍筋加密，其箍筋间距不应大于100mm。 竖缝的宽度可与墙厚相等，竖缝处可用预制钢筋混凝土块填入，并做好防水。 （F）底部框架剪力墙部分为两层的砖混底框结构，可以通过开设洞口的方式形成高宽比大于2的若干墙段。第二章剪切、剪弯、地震力与地震层间位移比三种刚度比的计算与选择 （一）地震力与地震层间位移比的理解与应用 规范要求：抗震规范第3.4.2和3.4.3条及高规第4.4.2条均规定：其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70或其上相邻三层侧向刚度平均值的80。 计算公式：Ki=Vi/ui 应用范围： 可用于执行抗震规范第3.4.2和3.4.3条及高规第4.4.2条规定的工程刚度比计算。 可用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。 （二）剪切刚度的理解与应用 规范要求： 高规第E.0.1条规定：底部大空间为一层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化，宜接近1，非抗震设计时不应大于3，抗震设计时不应大于2。计算公式见高规151页。 抗震规范第6.1.14条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。其侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。计算公式见抗震规范253页。 SATWE软件所提供的计算方法为抗震规范提供的方法。 应用范围：可用于执行高规第E.0.1条和抗震规范第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算。 （三）剪弯刚度的理解与应用 规范要求： 高规第E.0.2条规定：底部大空间大于一层时，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比e可采用图E所示的计算模型按公式（E.0.2)计算。e宜接近1，非抗震设计时e不应大于2，抗震设计时e不应大于1.3。计算公式见高规151页。 高规第E.0.2条还规定：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60。 SATWE软件所采用的计算方法：高位侧移刚度的简化计算 应用范围：可用于执行高规第E.0.2条规定的工程的刚度比的计算。 （四）上海规程对刚度比的规定 上海规程中关于刚度比的适用范围与国家规范的主要不同之处在于： 上海规程第6.1.19条规定：地下室作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍。 上海规程已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。 （五）工程算例： 工程概况：某工程为框支剪力墙结构，共27层（包括二层地下室），第六层为框支转换层。结构三维轴测图、第六层及第七层平面图如图1所示（图略）。该工程的地震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.3g。 113层X向刚度比的计算结果： 由于列表困难，下面每行数字的意义如下：以“”分开三种刚度的计算方法，第一段为地震剪力与地震层间位移比的算法，第二段为剪切刚度，第三段为剪弯刚度。具体数据依次为：层号，RJX，Ratx1，薄弱层RJX，Ratx1，薄弱层RJX，Ratx1，薄弱层。 其中RJX是结构总体坐标系中塔的侧移刚度（应乘以10的7次方）；Ratx1为本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70的比值或上三层平均刚度80的比值中的较小者。具体数据如下： 1，7.8225，2.3367，否13.204，1.6408，否11.694，1.9251，否 2，4.7283，3.9602，否11.444，1.5127，否8.6776，1.6336，否 3，1.7251，1.6527，否9.0995，1.2496，否6.0967，1.2598，否 4，1.3407，1.2595，否9.6348，1.0726，否6.9007，1.1557，否 5，1.2304，1.2556，否9.6348，0.9018，是6.9221，0.9716，是 6，1.3433，1.3534，否8.0373，0.6439，是4.3251，0.4951，是 7，1.4179，2.2177，否16.014，1.3146，否11.145，1.3066，否 8，0.9138，1.9275，否16.014，1.3542，否11.247。1.3559，否 9，0.6770，1.7992，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否 10，0.5375，1.7193，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否 11，0.4466，1.6676，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否 12，0.3812，1.6107，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否 13，0.3310，1.5464，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否 注1：SATWE软件在进行“地震剪力与地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”； 注2：在SATWE软件中没有单独定义薄弱层层数及相应的层号； 注3：本算例主要用于说明三种刚度比在SATWE软件中的实现过程，对结构方案的合理性不做讨论。 计算结果分析 按不同方法计算刚度比，其薄弱层的判断结果不同。 设计人员在SATWE软件的“调整信息”中应指定转换层第六层薄弱层层号。指定薄弱层层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。 当转换层设置在3层及3层以上时，高规还规定其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60。这一项SATWE软件并没有直接输出结果，需要设计人员根据程序输出的每层刚度单独计算。例如本工程计算结果如下： 1.3433107（1.4179107）94.7460 满足规范要求。 地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端的判断： a)采用地震剪力与地震层间位移比 4.7283107（1.7251107）2.742 地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端 b)采用剪切刚度比 11.444107（9.0995107）1.252 地下室顶板不能够作为上部结构的嵌固端 SATWE软件计算剪弯刚度时，H1的取值范围包括地下室的高度，H2则取等于小于H1的高度。这对于希望H1的值取自0.00以上的设计人员来说，或者将地下室去掉，重新计算剪弯刚度，或者根据程序输出的剪弯刚度，人工计算刚度比。以本工程为例，H1从0.00算起，采用刚度串模型，计算结果如下： 转换层所在层号为6层（含地下室），转换层下部起止层号为36，H1=21.9m，转换层上部起止层号为713，H2=21.0m。 K1=1/(1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251)107=1.4607107 K2=1/(1/11.145+1/11.247+1/10.369)107=1.5132107 1=1/K1；2=1/K2 则剪弯刚度比e=(1H2)/(2H1)=0.9933 （六）关于三种刚度比性质的探讨 地震剪力与地震层间位移比：是一种与外力有关的计算方法。规范中规定的ui不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩Mi产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。 剪切刚度：其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高密切相关。但剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。 Email:EduHotGmail.Com 剪弯刚度：实际上就是单位力作用下的层间位移角，其刚度比也就是层间位移角之比。它能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没有考虑上下层对本层的约束。 三种刚度的性质完全不同，它们之间并没有什么必然的联系，也正因为如此，规范赋予了它们不同的适用范围。第三章短肢剪力墙结构的计算 （一）短肢剪力墙结构中底部倾覆力矩的计算 规范要求： 高层建筑混凝土结构技术规程第7.1.2条第2款规定：抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50。 TAT与SATWE软件对短肢剪力墙的判断： TAT软件按双向判断； 旧版SATWE软件按单向判断，新版SATWE软件按双向判断。 工程算例 工程概况 该工程为一层地下室，第六层（包括地下室）为框支转换层，转换层以上为短肢剪力墙结构，共31层。地震烈度为8度（设计基本地震加速度为0.2g），框支框架抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为二级、转换层以上结构平面图如下图所示（图略） TAT和SATWE软件底部地震倾覆力矩计算结果： 用TAT计算，Mx短99548.0、Mx340276.0、Mx短/Mx22.63%；My短103067.2、My338728.8、My短/My23.33%。 用SATWE旧版计算，Mx短313757.7、Mx598817.6、Mx短/Mx52.40%；My短266632.3、My620842.5、My短/My42.95%。 用SATWE新版计算，Mx短320114.2、Mx173764.8、Mx短/Mx35.18%；My短128251.8、My353020.7、My短/My30.95%。 （二）带框支结构短肢剪力墙的计算 教育热点网 - 专业打造教育平台航母 结构体系的选择：复杂高层结构还是短肢剪力墙结构？ 规范规定 抗震等级： a）复杂高层：当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用，已经是特一级的不再提高。对于转换层的位置设置在3层及3层以下时，不要求提高抗震等级； b）短肢剪力墙：其抗震等级，应比表4.8.2规定提高一级采用。注意，这里不含表4.8.3，这是因为B级高度的高层建筑和9度抗震设计的A级高度的高层建筑，不应采用短肢剪力墙结构。 剪刀墙轴压比： a）复杂高层：剪刀墙轴压比限值不要求降低； b）短胶剪力墙：当抗震等级为一、二、三级时，分别不宜大于0.5、0.6、0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力培，其轴压比限值相应降低0.1。 内力计算： a）复杂高层：特一、一、二级落地剪力培底部加强部位的弯矩设计值，应按墙体底截面有地震组合的弯矩值乘以增大系数1.8、1.5、1.25；其剪力设计值，应按规程第7.2.10条的规定调整，特一级应来以增大系数1.9； b）短肢剪力墙：除底部加强部位应按规程第7.2.10条的规定调整外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。 Email:EduHotGmail.Com 注意：短肢剪力墙并没有要求对底部加强部位的弯矩设计值按照复杂高层那样乘以放大系数。 配筋率： a）复杂高层：底部加强部位墙体水平和竖向分布筋最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3； b）短肢剪力墙：其截面的全部纵向钢筋的配筋率，底剖加强部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0。 注意：对于配筋率，规范对“复杂高层”和“短肢剪力墙”这两种结构体系的要求是不一样的。前者强调的是水平和坚向分布筋的配筋率，而后者强调的是纵向钢筋的配筋率 底部加强部位高度： a）复杂高层：剪力墙底部加强部位高度取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值； b）短肢剪力墙：其底部加强部位高度并没有特殊要求，仅仅是墙肢总高度的1/8和底部二层两者的较大值。 工程算例 工程概况：某高层带短肢剪力墙的框支结构，共31层（包括一层地下室）。该工程的第6层（地下室为第1层）为框支转换层，转换层以上为短肢剪力墙结构。地震烈度为7度（设计基本地震加速度为0.15g），框支框架的抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为二级。 （图略） 计算结果分析：两种结构体系的计算结果如表1和表2所示： 来源:表1“短肢剪刀墙”结构体系计算分析结果 楼层/第3层/第3层/第7层/第7层/第11层/第11层/ 剪力墙类别/短剪墙3/普剪墙3/短剪墙7/普剪墙7/短剪墙11/普剪墙11/ 抗震等级/特一级/一级/一级/一级/一级/二级/ M1(kn-m)/-168(1)/160(1)/807(37)/402(1)/286(39)/121(1)/ N1(kn)/-3372(1)/-15677(1)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/ As(mm2)/9898(1)/14700(1)/1600(37)/2875(1)/678(39)/1280(1)/ SV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/ V2(kn)/564(31)/-6401(39)/56(1)/140(1)/307(35)/9(1)/ N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-4546(1)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/ Ash(mm2)/324.9(31)/547.1(39)/200(1)/125(1)/233.7(35)/100(1)/ N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/ Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/ 表2“复杂高层”结构体系计算分析结果 楼层/第3层/第3层/第7层/第7层/第11层/第11层/ 剪力墙类别/短剪墙3/普剪墙3/短剪墙7/普剪墙7/短剪墙11/普剪墙11/ 抗震等级/一级/一级/二级/一级/二级/二级/ M1(kn-m)/-168(1)/26595(39)/840(37)/402(1)/238(39)/121(1)/ N1(kn)/-3372(1)/-7209(39)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/ As(mm2)/9898(1)/15315(39)/1600(37)/2875(1)/2039(39)/1280(1)/ SV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/ V2(kn)/475(31)/-6401(39)/407(41)/140(1)/220(35)/9(1)/ N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-1199(41)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/ Ash(mm2)/202.8(31)/547.1(39)/200(41)/125(1)/100(35)/100(1)/ N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/ Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/ 表3荷载组合分项系数 组合号/VD/VL/WX/WY/EX/EY/EV/ 1/1.35/0.98/0.00/0.00/0.00/0.00/0.00/ 31/1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/ 35/1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/1.30/0.00/ 37/1.00/0.50/-0.28/0.00/-1.30/0.00/0.00/ 38/1.00/0.50/0.00/0.28/0.00/1.30/0.00/ 来源:教育热点网 - Http:/Www.EduHot.Com 39/1.00/0.50/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/ 41/1.00/0.50/-0.28/0.00/1.30/0.00/0.00/ a）抗震等级：从表中看不一样。 b）内力分析：由表中看出，这两种体系的内力计算结果非常复杂，即使是同一片墙在不同的结构体系控制工况下其结果也不一样。按“使杂高层”计算阿“普剪墙3”的“M1”值，远远大于按“短肢剪力墙”计算的“普剪墙3”的“M1”值。这主要是因为SATWE软件在进行工况组合时，当发现所有工况组合计算的配筋面积均小于构造配筋面积时，程序仅按第一种工况组合输出内力和工况号（即恒十活）；只有当发现控制工况组合计算的配筋面积大于构造配筋面积时，才按最大控制工况组合输出内力和工况号。 再从两个表中“短剪墙3”的“V2”计算过程进行分析，规范规定，短胶剪力墙底部加强部位的剪力应按规程第7.2,10条的规定调整，一级为1.6，特一级为1.9，我们结合上面的两个计算表，验证如下： 475（1.9/1.6）564（kn) 其计算结果正好为“短肢剪力墙计算表”中的“V2”值。可见，程序考虑了规范的规定。同样，程序也考虑了“短肢剪力培”结构体系非底部加强部位一、二级抗震等级应分别来以增大系数1.4和1.2的要求（“短肢剪力墙计算表”中第十一层的“短剪墙3”，其V22201.4308（kn）。 c）配筋率： 只有定义了“短股剪力墙”结构，SATWE程序才对自动判断的短肢剪力墙，其截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2，其他部位不宜小于1.0，而“复杂高层”却无此功能。 构造边缘构件为何也输出体积配箍率？ 根据高规7.2.17条规定：抗震设计时，对于复杂高层建筑结构、混合结构、框架剪力墙结构、简体结构以及B级高度的剪力墙结构中的剪力墙，其构造边缘构件的配箍特征值V不宜小于0.1。由于程序没有判断A级高度和B级高度的功能，所以程序不论约束边缘构件还是构造边缘构件，均统一输出体积配箍率。 其他注意事项： a）设计人员在“特殊构件补充定义”里的【抗震等级】中定义了抗震等级后，程序将按设计人员定义的抗震等级进行设计，不再自动提高。 b）对于非框支框架的框架结构，可以按规范规定，将地下一层以下的竖向构件的抗震等级定义为三级或四级的结构，其抗震等级均需设计人员人为定义，程序不能自动判断。 c）高层建筑混凝土结构技术规程第10.2.13条的各项规定，程序目前没有执行第四章多塔结构的计算 （一）带变形缝结构的计算 带变形缝结构的特点： 通过变形缝将结构分成几块独立的结构。 若忽略基础变形的影响，各单元之间完全独立。 缝隙面不是迎风面。 计算方法： 整体计算的注意事项： a）在SATWE软件中将结构定义为多塔结构； b）所给振型数要足够多，以保证有效质量系数90； c）定义为多塔后，对于老版本软件，程序将对每一个缝隙面都计算迎风面，因此风荷载计算偏大；新版本软件增加了一项新的功能即可以人为定义遮挡面从而有效地解决了这一问题。 d）周期比计算有待商讨。 分开计算的注意事项： a）旧版软件除风荷载计算有些偏大外，其余结果都没问题，新版软件定义遮挡面后，风荷载计算也没有问题了。 b）一般而言，对于基础连在一起的带变形缝结构，由于基础对上部结构整体的协调能力有限，所以建议采用分开计算。 （二）大底盘多塔结构的计算 大底盘多塔结构的特点： 各塔楼拥有独立的迎风面。 各塔楼之间的变形没有直接影响，但都通过大底盘间接影响其他塔楼。 塔楼与刚性板之间没有一对应关系，一个塔楼可能只有一块刚性板，也可能有几块刚性板。 大底盘顶板应有足够的刚度以协调各塔楼之间的内力、变形和位移。 计算方法： 在SATWE软件中将结构定义为多塔结构； 位移比、大底盘以上的各塔楼的刚度比均正确； 周期比、转换部位的刚度比计算有待商讨。 大底盘多塔结构刚度比的计算方法： 大底盘多塔结构在大底盘与各主体之间的刚度比如何计算规范并没有说明，但也没有说不要求。SATWE软件仅仅输出1号塔的主体与大底盘相比较的结果，其它塔与大底盘相比的结果则用“”号表示。 大底盘多塔结构刚度比的整体计算：根据龚思礼先生主编的建筑抗震设计手册提供的方法：要求在计算大底盘多塔结构的地下室楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比不应小于2，每栋塔楼范围内的地下室剪切刚度与相邻上部塔楼的剪切刚度比不宜小于1.5。 大底盘多塔结构刚度比的分开计算： a）根据上海规程第6.1.19条中条文说明中建议的方法：如遇到较大面积地下室而上部塔楼面积较小的情况，在计算地下室相对刚度时，只能考虑塔楼及其周围的抗侧力构件的贡献，塔楼周围的范围可以在两个水平方向分别取地下室层高的2倍左右。 b）在各塔楼周边引45度线，45度线范围内的竖向构件作为与上部结构共同作用的构件第五章总刚计算模型不过的主要原因 （一）多塔定义不对 同一构件同时属于两个塔。（图略） 定义为空塔。（图略） 某些构件不在塔内。（图略） （二）悬空构件 用户输入斜梁、层间梁或不与楼面等高的梁时，如果不仔细检查，可能出现梁在梁端不与任何构件相连的情况，即梁被悬空。（图略） 注意：节点处如果有墙，则变节点高是不起作用的，与此节点相连的任一构件标高均与楼层相同。 节点处有柱时，与同一柱相连的梁，如果标高差小于500时，标高较低的节点会被合并到较高的节点处，大于500则不合并，但最多只允许3种不同的标高。如下图所示（图略）。 （三）铰接构件定义不对 设计人员在定义铰接构件时，使结构成为可变体系（如下图所示）。（图略） 该工程顶层为网架模型，各节点处梁均设为铰接，这样就出现了与同一节点相连的杆件均为铰接的情况，这在程序中是不允许的。 钢支撑在SATWE中是默认为两端铰接的，对于越层钢支撑，用户常常忽略这一点，同样造成与同一节点相连的村件（这里为上下层的两段支撑）均为铰接的情况，为避免这种情况，用户应在SATWE前处理的“特殊构件补充定义”中将越层支撑设为两端固接（如下图所示）。（图略）第六章错层结构的计算 （一）错层结构的模型输入 错层高度不大于框架架高时的错层结构的处理； 对于错层高度大于框架梁高的单塔错层结构的输入 对于错层高度大于框架梁高的多塔错层结构的输入 错层洞口的输入 （二）错层结构的计算 规范要求 错层结构设计中应注意的问题：SATWE软件在计算错层结构时，会在越层的柱和墙处施加水平力。由于在越层处水平力的存在，从而使越层构件上下端的配筋不一样，设计人员在出施工图时可以取二者的大值。第七章PKPM软件关于混凝土柱计算长度系数的计算 （一）规范要求 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）（以下简称混凝土规范）第7.3.11条第2款规定：一般多层房屋梁柱为刚接的框架结构，各层柱的计算长度系数可按表7.3.11-2取用。 第7.3.11条第3款规定：当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75以上时，框架柱的计算长度l0可按下列两个公式计算，并取其中的较小值： l0l0.15（ul)H（7.3.11-1） l0（2十0.2min）H（7.3.11-2） 式中：u、l柱的上端、下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值； min比值u、l中的较小值； H柱的高度，按表7.3.11-2的注采用。 （二）工程算例 工程概况：某工程为十层框架错层结构，首层层高2m，第二层层高4.5m。其第一、二层结构平面图、结构三维轴侧图如图1所示。（图略） （三）SATWE软件的计算结果 计算结果表： 表1柱1、柱2、柱3按照表7.3.11-2直接取值的计算长度系数 柱13.253.251.441.44 柱21.003.251.251.44 柱31.001.001.251.25 表2柱1、柱2、柱3按公式7.3.11-1和7.3.11-2计算的计算长度系数 柱13.593.831.601.70 柱21.333.831.421.70 柱31.191.122.232.14 表中数据依次为：柱号首层Cx首层Cy二层Cx二层Cy 柱1是边柱，首层无梁，二层与三根梁相连；柱2也是边柱，首层下向有一根梁，二层与三根梁相连；柱3是中柱，首层、二层均与四根梁相连。 结果分析： 表1中Cx、Cy的计算过程 表2中Cx、Cy的计算过程 根据公式（7.3.11-1)和（7.3.11-2)， ux=(ECIC下/LC1+ECIC上/LC2)/(ECIb左/Lb1+ECIb右/Lb2)2 对于底层柱，由于柱底没有梁，所以程序自动取lx0.1。 （四）注意事项 采用公式（7.3.11-1）和（7.3.11-2）计算柱的计算长度系数时，程序采用以下原则计算梁、柱构件的刚度： 没有按规范要求判断水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75以上这个条件； 对于混凝土梁，程序采用架的刚度放大系数值恒为2.0；对于钢梁，则采用设计人员输入的梁刚度放大系数； 程序对于另一端不与柱（墙）相连的梁按远端梁铰接处理； 当梁的两端与柱铰接时不考虑梁的刚度； 当梁的一端与柱刚接、另一端与柱铰接时对于混凝土梁，梁的刚度折减50，并不受有无侧限的限制；对于钢梁，有侧限时折减50，无侧限时不折减； 当柱一端铰接时则相应端梁与柱的刚度比取0.1； 斜柱（支撑）刚度不考虑在约束刚度比的计算中； 单向墙托柱、柱托单向墙，面内按固端计算，刚度比取10，面外按实际情况计算； 双向墙托柱、柱托双向墙，双向刚度比均取10（柱端已定义为铰接的不在此列）。 斜柱（支撑）的计算长度取1.0。 地下室的越层柱，程序不能自动搜索，而按层逐段计算柱的计算长度系数。 所有边框柱，其计算长度系数内定为0.75。 对于混凝土柱，其计算长度系数上限为2.5，钢柱的计算长度系数上限为6.0。 程序只执行现浇楼盖的计算长度系数，没有执行装配式楼盖的计算长度系数。 目前的SATWE软件对有吊车或无吊车的排架结构的柱计算长度系数仍按框架结构实行。 对于SATWE软件，设计人员修改柱计算长度系数后，不要再进行“形成SAIWE数据”和“数据检查”等操作，而应该直接计算，否则程序仍然按照原来的计算长度系数进行计算。 教育热点网 - 专业打造教育平台航母 （五）如何判断“水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上”这个条件？ 由于目前的SATWE软件没有直接判断“水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上”这个条件的功能，因此需要设计人员自己进行判断，具体判断过程我们可以遵循以下步骤： 在新版的SATWE软件中首先按照不执行混凝土规范7.3.11-3条的方法进行计算，从而得到所有荷载产生的总弯矩设计值； 点取SATWE软件“总信息”中“恒活载计算信息”里的“不计算恒活载”选项，然后进行计算，从而得到水平荷载产生的弯矩设计值； 将头两步计算得到的弯矩设计值相比看是否满足混凝土规范7.3.11-3条中的条件； 在选择弯矩设计值时要注意尽量选择同一工况荷载作用下的内力值。第八章梁上架柱结构的荷载导算 （一）工程概况 某工程为梁抬柱结构，共30层，含4层地下室，地震设防烈度为8度，地震基本加速度为0.2g，如图1(a)所示，第四层的节书点1处为梁1和梁2的交点，该节点抬了一根12001200的劲性混凝土柱1，该结构的第四层和第五层干面图如图1所示（图略）。 （二）内力分析 经计算，得到如下结果： 柱1在恒载作用下的柱底轴力标准值为-586.5kn。 结构总质量进行核核： PMCAD软件中“平面荷载显示校核”里计算出的结构总质量为84012.4吨。 SATWE软件中质量文件WMASS.OUT中显示的结构总质量为84233.484吨。 计算结果： 不同梁截面尺寸下的柱底轴力（单位：kn） 柱1-586.5-2110.5-4692.8-7033.9 柱2-9015.7-8944.8-8824.5-8715.8 柱3-12176.2-11701.1-10895.3-10164.5 柱4-9204.3-9130.2-9004.6-8891.1 柱5-11251.7-10999.0-10570.8-10182.5 柱6-10081.0-10010.2-9890.1-9781.7 柱7-15007.5-14555.5-13789.1-13094.6 柱8-9732.7-9666.4-9554.0-9452.5 柱9-10731.8-10487.2-10072.3-9692.2 节点1位移(mm)-86.06-74.8-55.695-38.397 表中后面四个数据依次为梁1和梁2截面尺寸为25060030090020012005001500时的数据。 柱3和柱7在节点1的左和右，柱5和柱9在节点1的上和下，柱2在节点1的左下角，柱8在节点1的右下角，柱4在节点1的左上角，柱6在节点1的右上角。 结果分析：产生这种情况的主要原因是梁的刚度太小，节点位移太大，从而使内力转移到其他的竖向构件中。第九章如何选择剪力墙连梁的两种刚度模型 在SATWE软件中，剪刀墙连梁刚度的计算有两种模型，第一种为杆元模型，即连梁按照普通梁的方式输入，另一种为壳元模型，即连梁以洞口的方式形成。在设计中这两种刚度模型如何选择是设计人员非常关心的问题。 （一）剪力墙连梁变形的相对位移 以双肢墙为例，采用连续化算法推导剪切变形与相对位移比的计算公式。 剪力墙连梁变形的计算 通过公式推导，得出剪切变形与相对位移比的计算公式： 1113（2ahp）（2ahp）-(1) 根据式（1），本文列出和连梁跨高比之间的相对关系，如表1所示： 表1和连梁跨高比之间的相对关系 跨高比/0.5/1.0/1.5/2.0/2.5/3.0/3.5/4.0/4.5/5.0/ /0.923/0.75/0.571/0.428/0.324/0.25/0.197/0.158/0.129/0.107/ (二）结论 连梁跨高比大干5.0时可按照普通梁输入； 连梁跨高比小于2.5时可以洞口方式形成； 连梁跨高比大于2.5，但小于5.0时可视具体情况酌情处理。 连梁形成方式的不同，对结构的整体刚度、周期、位移以及连梁的内力计算都会产生影响。第十一章弹性楼板的计算和选择 （一）什么是弹性楼板 在外力作用下能够产生弹性变形的楼板。 （二）弹性楼板的造择与判断 楼饭局部大开洞（图略） 板柱体系或板柱抗震墙体系： 高规第5.3.3条规定：对于平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的平面外刚度的影响，其平面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为扁梁计算。 根据高规的此项规定，板柱体系要考虑楼板的平面外刚度，因此板柱体系要定义弹 性楼板（如图2所示）。（图略） 框支转换结构 研究表明，对于框支转换结构，转换梁不仅会产生弯矩和剪力，而且还会产生较大的轴力，这个轴力不能忽略。在SATWE软件中，只有定义弹性楼板才能产生转换梁的轴力。因此，对于框支转换结构，必须整层定义弹性楼板。 厚板转换结构 对于厚板转换结构，由于其厚板的面内刚度很大，可以认为是平面内无限刚，其平面外的刚度是这类结构传力的关键。因此，此类结构的厚板转换层应定义为弹性楼板。 多塔联体结构：多塔联体结构的连廊定义为弹性楼板。 （三）四种计算模式的意义和适用范围 刚性板假定 假定楼板平面内无限刚，平面外刚度为零。 梁刚度放大系数的应用 高规第5.2.2条规定：在结构内力与位移计算中，现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大。楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1.32.0。对于无现浇面层的装配式结构，可不考虑楼面翼缘的作用。 适用范围：楼板形状比较规则的结构。 弹性板6假定 楼板的平面内刚度和平面外刚度均为有限刚。 适用范围：板柱体系或板柱剪力墙结构。 弹性膜假定 采用平面应力膜单元真实地反映楼板的平面内刚度，同时又忽略了平面外刚度，即假定楼板平面外刚度为零。 适用范围：广泛应用于楼板厚度不大的弹性板结构中，比如体育场馆等空旷结构、楼板局部大开洞结构、楼板平面布置时产生的狭长板带（如图1（C）所示，图略）、框支转换结构中的转换层楼板、多塔联体结构中的弱连接板（如图3所示，图略）等结构。 弹性板3假定 楼板平面内刚度无限大，平面外刚度为有限刚。程序采用中厚板弯曲学元来计算楼板平面外刚度。 适用范围：厚板转换层结构和板厚比较大的板柱体系或板柱抗震墙体系。 注意事项： a）要在PMCAD软件的人机交互式建模中输入100mm100mm的虚粱。虚梁在结构设计中是一种无刚度、无自重的梁，不参与结构计算。它的主要作用有以下三点： 为SATWE或PMSAP软件提供板的边界条件； 传递上部结构的竖向荷载。 为弹性楼板单元的划分提供必要条件。 b）采用弹性板3模式进行设计时，与厚板相邻的上下层的层高应包含厚板厚度的一半。 （四）工程实例 工程概况：某工程为框支剪力墙结构，共30层，带一层地下室，地面以上第4层为框支转换层，地震设防烈度为8度，地震基本加速度为0.2g，场地类别为三类场地土，中梁刚度放大系数取2.0，边梁刚度放大系数取1.5，转换层楼板厚度为180mm，结构体系按复杂高层计算，并考虑偶然偏心的影响。该结构的三维轴测图、框支转换层和框支转换层上一层的结构平面图如囹4所示。（图略） 计算结果 将转换层楼板分别采用弹性板6、弹性膜和刚性板假定进行计算，该结构的周期、转换层处层间位移角和转换梁1的内力和配筋计算结果分别如表1、表2和表3所示。 表1周期计算表 T1（X向）1.36271.36391.3572 T2（Y向）1.21431.21471.2060 T3（扭转）1.04681.04731.0323 表2转换层处层间位移角计算表 X向1/29331/28991/3187 Y向1/30061/29951/3274 表3转换梁1的内力和配筋计算表 -M（kn-m)-218（30）-225（30）-198（29） TopAst200020002000 +M（kn-m)1060（30）1071（30）1015（30） BtmAst411641562814 Shear-587（30）-597（30）-538（30） Asv825825825 Nmax（kn）567（29）572（29）0 以上三张表中的后面3个数值依次分别为楼板条件是（弹性板6弹性膜刚性板）时的数值。 表4相应工况下的荷载组合分项系数 NcmV-DV-LX-WY-WX-EY-EZ-E 291.200.60-0.280.00-1.300.000.00 301.200.600.000.280.001.300.00 结果分析 本工程刚性板假定下结构刚度大于弹性板6假定下结构的刚度。 弹性膜假定下其结构的刚度最小，结构的位移和周期均最大。 通过对表3的分析可以看出，三种计算模式下梁的负端弯矩和跨中弯矩相差并不大，但采用弹性板6和弹性膜假定下梁的跨中纵向钢筋的配筋面积明显大于采用刚性极假定下梁的配筋面积、这主要是由于框支梁按照拉弯构件设计造成的。在表3中，采用弹性板6和弹性膜计算模式时，框支梁会产生较大的轴力，而采用刚性板假定时，框支梁的轴力为0。 由于弹性板6模式考虑了楼板的平面外刚度，因此，框支梁计算的安全储备降低，从表3可以看出，采用弹性膜假定计算出的框支梁1的弯矩、剪刀和轴力均大于采用弹性板6假定下的计算结果。在本工程中，这两种模式的计算结果虽然不大，但这种计算结果的差 异与楼板厚度有关，板厚越大，计算结果的差异也越大。第十二章斜屋面结构的计算 （一）斜屋面的建模 通过设置“梁两端标高”或者“改上节点高”等方式形成屋面斜板。 在PMCAD建模时，屋面斜梁不能直接落在下层柱的柱项，斜梁下应输入100mm高的短柱（如图1所示，图略）。短柱通常只传递荷载和内力，而没有设计意义。 当采用TAT和SATWE软件计算时，顶部倾斜的剪力墙程序不能计算，PMSAP可以计算，但要在“复杂结构空间建模”冲将其定义为弹性板6。 （二）软件对屋面斜板的处理 TAT和SATWE软件只能计算斜粱，对斜屋面的刚度不予考虑。 PMSAP软件可以计算屋面斜板的刚度对整体结构的影响。 （三）斜屋面结构的计算 简化模型1：忽略斜屋面刚度对整体结构的影响，将屋面斜板的荷载导到斜梁上，用TAT或SATWE软件计算。 简化模型2：将斜屋面刚度用斜撑代替，屋面斜板的荷载导到斜梁上，用TAT或SATWE软件计算。斜撑的主要目的是为了模拟斜屋面的传力，其本身的内力计算没有意义，但在计算屋面荷载时，应适当考虑斜撑自重。 真实模型：考虑斜屋面刚度对整体结构的影响，用PMSAP软件计算。 （四）工程实例 工程概况：某工程为框架结构的仿古建筑，共4层，第二层的两端和第四层的中间部分布置了较多的斜屋面，该结构斜屋面组成比较复杂（如图1所示，图略），板厚为180mm，地震设防烈度为8度，地震基本加速度为0.2g，周期折减系数0.7，考虑偶然偏心的影响，并用总刚模型计算。该结构的三维轴测图、首层平面图和第四层斜梁线框图如图1所示（图略）。 专业打造教育平台航母斜屋面结构的计算 为了能够有效地体现屋面斜板对结构设计的影响，现分别采用三种计算模型对结构进行计算，第一种模型为考虑斜屋面，按真实模型进行计算；第二种模型为忽略斜屋面，将斜屋面引起的荷载传递给斜梁，按简化模型1计算；第三种模型为将斜屋面用斜撑代替，斜屋面引起的荷载传递给斜梁，按简化模型2计算。这三种计算模型中结构周期和位移的计算如表1所示，某根构件的内力计算如表2、表3和表4所示。 表1三种计算模型中结构周期和位移的计算 周期真实模型简化模型1简化模型2 T10.997（Y）1.119（Y）1.027（Y） T20.964（X）1.018（X）0.981（X） T30.801（T）0.891（T）0.826（T） 最大层间位移角（X向）1/3631/3381/354 最大层间位移角（Y向）1/3661/2981/326 表2三种模型中梁1的弯矩计算 恒载下真实模型的弯矩标准值：110(左端)-77.3(跨中)86.2(右端) 恒载下简化模型1的弯矩标准值：106.5(左端)-77.8(跨中)89.8(右端) 恒载下简化模型2的弯矩标准值：107.1(左端)-77.9(跨中)89.2(右端) X向地震下真实模型的弯矩标准值：-204(左端)-42.7(跨中)199.5(右端) X向地震下简化模型1的弯矩标准值：-178.9(左端)-36.6(跨中)174.5(右端) X向地震下简化模型2的弯矩标准值：-202(左端)-42.2(跨中)197.8(右端) 真实模型的弯矩设计值：-399.5(左端)193.9(跨中)-366(右端) 简化模型1的弯矩设计值：-403.6(左端)193.2(跨中)-376(右端) 简化模型2的弯矩设计值：-394(左端)185(跨中)-367(右端) 表3三种模型中梁2的弯矩计算 恒载下真实模型的弯矩标准值：57.5(左端)-43.4(跨中)7.2(右端) 恒载下简化模型1的弯矩标准值：126.9(左端)-62(跨中)109.7(右端) 恒载下简化模型2的弯矩标准值：127.1(左端)-62.0(跨中)109.5(右端) X向地震下真实模型的弯矩标准值：-5.2(左端)-0.5(跨中)8.0(右端) X向地震下简化模型1的弯矩标准值：-7.6(左端)-3.0(跨中)-1.7(右端) X向地震下简化模型2的弯矩标准值：-6.0(左端)-2.1(跨中)1.7(右端) 真实模型的弯矩设计值：-98(左端)69.6(跨中)-95(右端) 简化模型1的弯矩设计值：-155.9(左端)111.5(跨中)-135.5(右端) 简化模型2的弯矩设计值：-156(左端)115(跨中)-135(右端) 表4三种模型中柱1的弯矩（My）计算 恒载下真实模型的弯矩标准值：-9.7(上端)3.5(下端) 恒载下简化模型1的弯矩标准值：-10.9(上端)4.7(下端) 恒载下简化模型2的弯矩标准值：-11.0(上端)4.7(下端) X向地震下真实模型的弯矩标准值：-296.8(上端)334.4(下端) X向地震下简化模型1的弯矩标准值：-258.7(上端)291.5(下端) X向地震下简化模型2的弯矩标准值：-292.8(上端)330.1(下端) 真实模型的弯矩设计值：456.7(上端)528.7(下端) 简化模型1的弯矩设计值：467.7(上端)541.6(下端) 简化模型2的弯矩设计值：423.2(上端)528.4(下端) 梁1是一根首层的边框架梁；梁2是四层与柱1相连的斜梁；柱1是一根框架边柱，梁1一端与之相连。 结果分析 从表1可以看出，屋面斜板对结构的周期和位移均有一定影响。采用简化模型1计算，由于忽略了斜屋面的面内刚度和面外刚度，计算结果偏柔；采用简化模型2计算，由于斜撑起到了一定的楼板刚度的作用，因此其计算结果介于简化模型1和真实模型之间； 表2和表4主要反映的是屋面斜板对其他楼层的水平和竖向构件内力的影响。从中可以看出，在竖向荷载作用下（如恒载），三种计算模型算出的构件内力相差很小，几乎可以认为相等；在水平荷载作用下（如地震力），简化模型1与真实模型和简化模型2计算出的构件内力有一定差别，但差别也不是很大。真实模型和简化模型2计算出的构件内力则相差很小； 表3主要反映的是屋面斜板对屋面斜梁内力的影响。从中可以看出，由于屋面斜板定义了弹性板6，从而使采用简化模型计算的梁内力值明显大于采用真实模型计算的梁内力值。第十三