SATWE高层程序应用指南讲稿

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,PKPM 新规范计算软件,TAT、SATWE、PMSAP,黄 吉 锋,1,目录,1.扭转耦联,2.双向地震扭转效应,3.偶然偏心,4.竖向地震作用,5.有效质量系数：参与振型数够不够？,6.振型的侧振、扭振成分,-判断一个振型是扭转振型还是平动振型？,7.多方向水平地震作用,8.最小地震剪力调整,9.竖向不规则结构地震作用效应的调整,10.0.2Q0调整,2,11.框支柱地震作用下的内力调整,12.设计内力调整(强柱弱梁,强剪弱弯),13.位移比控制，层间位移比控制,14.周期比控制,15.层刚度比控制,16.框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算,17.重力二阶效应,18.传给基础的上部结构刚度,19.弹性时程分析及地震波的选取,20.整体稳定验算,21.高位转换结构的刚度比验算,3,22. 短肢剪力墙结构设计,23. 转换层结构,24. 柱墙活荷载折减系数的理解,25. 梁活荷载折减的正确应用,26. 梁弯矩放大系数的合理使用,27. 框架剪力墙结构设计,28. 剪力墙结构设计,29.,总刚计算模型不过的主要原因,30. 如何定义弹性楼板,4,1.,扭转耦连,新高规3.3.4-1条规定，质量、刚度不对称、不均匀的结构，以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法。,TAT、SATWE和PMSAP三个程序都具有考虑扭转耦连的功能。,A) TAT,SATWE将该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定,B) PMSAP计算时总是考虑扭转耦连,C) 非耦联计算仅适用于平面结构以及能够解耦成平面结构的简,单空间结构，对复杂空间结构可能造成错误结果。,D) 耦联计算适用于任何结构，总是正确的。,E) 耦联计算的结果不一定比非耦联计算的结果大（保守），二,者没有必然关系,F) 建议总是选择耦联计算，不会出问题。,5,2. 双向地震作用,规范条文：,新抗震规范5.1.1条规定，质量和刚度分布明显不,对称的结构，应计入双向地震作用下的扭转影响。,具体操作原则：,楼层位移比或者层间位移比超过1.2，考虑,双向地震,程序实现：,现在我们考虑某个地震反应参数S，该参数在X和Y,地震作用下的反应分别为S,X,和S,Y,那么在考虑了双向地震扭转效应,后：,这意味着对于,X和Y地震作用都作不同程度的放大,。考虑双向地,震时,内力组合不改变。该功能作为用户选项，考虑与否由用户,自定。,6,对于柱的弯矩和剪力，处理方法稍有不同,，举例说明如下：,我们令S代表某个柱截面在某个方向上的弯矩或剪力：,X地震作用下的值S,X，,Y地震作用下的值S,Y，,考虑双向地震后 改变成为,7,考虑双向地震对楼层位移、层间位移输出的影响,：,TAT输出了考虑双向地震作用的地震位移；,SATWE,PMSAP暂时没输出位移的双向地震效应；,考虑双向地震对内力的影响,：,TAT,SATWE均将原来的单向X、Y地震效应直接用,双向地震作用效应替代，体现在内力文件NL*.OUT(TAT),和WNL*.OUT(SATWE)当中。,PMSAP在原来单向地震工况EX,EY的基础上增加两个,新的对应于双向地震的工况EXY,EYX，文件输出时，同时,将单向地震(EX,EY)和双向地震的(EXY,EYX)的内力输出。,考虑双向地震对配筋的影响,：,一般平均增加5%-8%；单构件最大可能增加1倍左右。,8,考虑双向地震带来的配筋增大,1. 规则框架例,2. 框剪结构例,9,3,偶然偏心,规范条文：,新高规3.3.3条规定，计算单向地震作用时，应考虑,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%。,具体操作原则:,1),验算结构位移比时,总是要考虑偶然偏心,2）结构构件设计时，分下列两种情况处理:,2-1) 如果位移比超过1.2，则考虑双向地震，不考虑偶然偏心,2-2) 如果位移比小于1.2，则不考虑双向地震，考虑偶然偏心,程序考虑方式：,从理论上，各个楼层的质心都可以在各自不同,的方向出现偶然偏心，从最不利的角度出发，我们在程序中只考,虑下列四种偏心方式：,A) X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%，记作,EXP,B) X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，记作,EXM,C) Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，记作,EYP,D) Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，记作,EYM,10,对内力组合的影响：,考虑了偶然偏心地震后，就在原有的未,偏心X、Y地震EX、EY的基础上，新增加了四个地震工况EXP、,EXM、EYP和EYM，在内力组合时，任一个有EX参与的组合，,将EX分别代以EXP和EXM，将增加成三个组合；任一个有EY,参与的组合,将EY分别代以EYP和EYM，也将增加成三个组合。,简言之，地震组合数将增加到原来的三倍,。,使用要点：,1）,该功能设有选项开关，考虑偶然偏心时可将开关打开。,2）,SATWE、TAT的质心偏移值5%是固定的、按规范取用的；,PMSAP偏移值可以X、Y向不同，由用户输入。,偶然偏心对位移输出的影响,：,SATWE,TAT,PMSAP,均输出四个,偶然偏心地震,EXP,EXM,EYP,EYM,作用下结构的楼层位移、层,间位移以及位移比；位移比验算应采用偶然偏心地震结果；,层间位移角验算则不必采用偶然偏心地震结果。,SATWE : WDISP.OUT,TAT: TAT-4.OUT,PMSAP:,简单摘要文件（工程名,TB.RPT）,详细摘要文件（工程名,TB.ABS）,11,4）偶然偏心地震作用下的构件内力输出,：,构件增加了5%X向偏心地震作用效应和5%Y向偏心地震作用效应的计算，均可通过文本文件或图形文件查看。,构件内力文本文件中4组偶然偏心地震工况的标记如下：,A),X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%，该工况记作：,EXP（PMSAP）、+5%（TAT）、X方向左偏心（SATWE）；,B),X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，该工况记作：,EXM（PMSAP）、-5%（TAT）、X方向右偏心（SATWE）；,C)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，该工况记作：,EYP（PMSAP）、+5%（TAT）、Y方向左偏心（SATWE）；,D)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，该工况记作：,EYM（PMSAP）、-5%（TAT）、Y方向右偏心（SATWE）；,12,实例： 偶然偏心对构件内力的影响,构件标准内力对比 (FRAM1 第 8 层),梁支座弯矩比 1.16( 2) 1.01( 24) AVER=,1.06,梁剪力比 1.16( 2) 1.01( 24) AVER=,1.06,柱剪力Vx比 1.17( 23) 1.01( 6) AVER=,1.06,柱剪力Vy比 1.17( 24) 1.01( 2) AVER=,1.07,柱轴力N比 1.09( 20) 1.02( 2) AVER=,1.05,柱底弯矩Mx比 1.17( 24) 1.01( 2) AVER=,1.07,柱底弯矩My比 1.16( 23) 1.01( 6) AVER=,1.06,柱顶弯矩Mx比 1.17( 24) 1.01( 2) AVER=,1.07,柱顶弯矩My比 1.17( 24) 1.01( 2) AVER=,1.07,13,偶然偏心对配筋（平均）的影响,柱,梁,15层框剪 11.9% 2.3%,13层框剪(PJ2) 0.4% 1.7%,33层框支 0.8%,8层框架 7.7 3.9%,21层框剪 0.9% 1.2%,19层框剪 1.3% 1.2%,18层框剪 0.7% 3.0%,平均增加 3.82% 2.01%,14,偶然偏心对最大位移比的影响（最大/平均）,不考虑 考虑 增加,15层框剪 1.20,1.31,8.11%,13层框剪(PJ2) 1.82 1.95,6.99%,33层框支 1.05 1.5 30.32%,8层框架 1.76 2.39 26.22%,19层框剪 1.57,1.75,10.04%,18层框剪 1.43 2.03 29.16%,平均增加 18.47%,15,4 竖向地震作用,规范条文,新抗震规范5.3.1条规定，对于9度的高层建筑，其竖向地震,作用标准值应按公式（5.3.1-1）和（5.3.1-2）计算，并宜乘,以1.5的放大系数。相当于重力荷载代表值的23.4%；,新抗震规范5.3.3条规定，长悬臂和其它大跨度结构竖向地,震作用标准值，8度、8.5度(0.3g)和9度时分别取重力荷载代表,值的10%、15%和20%；,新高规10.2.6条规定，带转换层的高层建筑结构，8度抗,震设计时转换构件应考虑竖向地震影响。,16,实现,：,应用竖向地震,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，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按规范内定。,3.,当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，用户应设置计算,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。用户需要，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。用户,需要，可整体考虑竖向地震作用。,17,5 有效质量系数：,振型数够不够？,概念来源,：WILSON E.L. 教授曾经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，,他的方法是,基于刚性楼板假定,的，不适用于一般结构。,方法发展：,现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，,因此需要一种更为一般的方法，,不但能够适用于刚性楼板，也应,该能够适用于弹性楼板,。出于这个目的，我们从结构变形能的角,度对此问题进行了研究，,提出了一个通用方法,来计算各地震方向,的有效质量系数，,这个新方法已经实现于TAT、SATWE和PMSAP,。,经验,：,根据我们的计算经验，当有效质量系数大于,0.9,时，基底,剪力误差一般小于5%。在这个意义上我们称有效质量系数大于,0.9,的情形为振型数足够；否则称振型数不够。,18,规范：,高规（5.1.13）规定对B级高度高层建筑及复杂高层建筑,有效质量系数不小于,0.9；,抗规(5.2.2)条文说明建议有效质量系,数可取为,0.9,实现：,程序自动计算该参数并输出。,TAT输出在“TAT-4.OUT”文件中；,SATWE输出在“WZQ.OUT”文件中；,PMSAP则输出在详细摘要 “工程名.ABS”文件中。,19,重要概念：,结构的固有振型总数-参与振型数的上界,1） 只有搞清楚这个概念，选择振型数才不会犯错误,2） 如何判断一个结构的固有振型总数：,离散结构的振型总数是有限的，振型总个数等于独立质量,的总个数。可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的,固有振型总数。具体地说：,每块刚性楼板有三个独立质量Mx,My,Jz；,每个弹性节点有两个独立质量mx,my；,根据这两条，可以算出结构的独立质量总数，也就知道了,结构的固有振型总数,3）若记结构固有振型总数是NM，那么参与振型数最多只能选,NM个，选参与振型数大于NM是错误的，因为结构没那么多。,20,4）参与振型数与有效质量系数的关系：,4-1)参与振型数越多，有效质量系数越大；,4-2)参与振型数 =0 时，有效质量系数 =0,4-3)参与振型数 =NM 时，有效质量系数 =1.0,5) 参与振型数 NP 如何确定？,5-1）参与振型数 NP 在 1-NM 之间选取。,5-2）NP应该足够大，使得有效质量系数大于0.9。,6）,有些结构，需要较多振型才能准确计算地震作用，,这时尤其要注意有效质量系数是否超过了0.9。比,如下面的结构：,21,八层钢框架，存在大量越层柱和弹性节点，这种,情况往往,需要很多振型,才能使有效质量系数满足要求。,原因,：振型整体性差，局部振动明显,22,8层结构,算了30个振型有效质量系数仍不够,23,算了60个振型有效质量系数够了,24,6 振型的侧振、扭振成分-,判断一个振型是扭转,振型还是平动振型,概念,：,一个振型的反应能量可以分拆成平动能量和转动能量,它们各自占总能量的比例我们称为,侧振成分,和,扭振成分,。这,里借鉴了ETABS程序振型方向因子的概念。,如果某个振型的侧振成份大于50%，我们就把这个振型叫,做,侧移振型,，反之如果某个振型的扭振成份大于50%，我们就,把这个振型叫做,扭振振型,。,作用：,1). 通过振型成份的输出，可以使用户方便地了解各个,振型的性态 2). 同时，也可以作为判断结构第一扭转周期与,第一侧振周期的依据,25,7 多方向水平地震作用,规范条文：,抗震规范5.1.1条规定,有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15度时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用,。,程序实现：,针对这一条，程序增加了自动计算多方向水平地震作用的功能。用户可以根据需要指定多个（最多允许12个）地震作用方向，程序对每一地震方向进行地震反应谱分析，计算,相应的构件内力。在构件设计阶段，也将考虑每一方向地震,作用下构件内力的组合，这样不至于漏掉最不利情形，保证,了结构设计的安全。,26,多方向地震的输出标记,:,EX1,EY1；EX2,EY2；EX3,EY3；EX4,EY4；EX5,EY5；,(iCase) Shear-X Shear-Y Axial Mx-Btm My-Btm Mx-Top My-Top,-,N-C = 1 Node-i= 488, Node-j= 39, DL= 6.000(m), Angle= 0.000,( 1) 28.4 13.1 -31.8 -25.5 55.3 -52.8 -115.0,( 2) -5.7 40.6 44.7 -78.9 -11.1 -165.0 22.9,( 3) 3.2 -0.2 1.3 0.4 6.3 0.8 -13.0,( 4) -0.3 4.8 -3.4 -9.3 -0.6 -19.4 1.3,( 5) -0.6 -1.9 -249.0 3.6 -1.1 7.8 2.3,( 6) 1.2 -0.4 -97.1 0.6 2.4 1.9 -5.1,EX1 27.4 12.6 -33.0 -24.6 53.4 -50.9 -111.1,EY1 -9.3 40.8 43.9 -79.2 -18.2 -165.6 37.6,EX2 20.3 26.2 39.0 -50.9 39.6 -106.5 -82.4,EY2 -20.6 33.7 38.7 -65.4 -40.2 -136.6 83.4,EX3 12.9 34.9 42.8 -67.7 25.1 -141.6 -52.3,EY3 -25.9 24.6 34.4 -47.9 -50.5 -99.8 105.0,-,27,28,有斜交抗侧力结构,29,无斜交抗侧力结构,30,无斜交抗侧力结构,31,有斜交抗侧力结构,32,无斜交抗侧力结构,33,有斜交抗侧力结构,34,多方向地震输入,配筋增加量,35,由本组例题可以看到：,A),对于正交、规则结构，是否考虑多方向地震对构件配,筋结果影响很小，配筋平均增加不到1%；,B) 对于存在明显斜交抗侧力构件的结构，考虑多方向地,震对构件配筋结果影响较明显，配筋平均增加5%左右，最大,增加90%；,C) 这也从一个侧面证明了：,对于存在明显斜交抗侧力构,件的结构，应该考虑多方向地震作用,36,8 最小地震剪力调整,新抗震规范5.2.5条规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平,地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的最小地震剪力系数。,类别,7度,7.5度,8度,8.5度,9度,扭转效应明显或基本周期小于3.5s结构,1.6,2.4,3.2,4.8,6.4,基本周期大于5.0s结构,1.2,1.8,2.4,3.2,4.0,基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，可插入取值。,37,调整前,楼层剪重比,调整后,楼层剪重比,哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力,38,自动放大与否设开关；如果用户考虑自动放大，SATWE,将在WZQ.OUT中输出程序内部采用的放大系数：,文件WZQ.OUT :,各楼层地震剪力系数调整情况 抗震规范(5.2.5)验算,层号 X向调整系数 Y向调整系数,1 1.312 1.207,2 1.197 1.122,3 1.070 1.000,4 1.000 1.000,5 1.000 1.000,6 1.000 1.000,7 1.000 1.000,8 1.000 1.000,39,9 竖向不规则结构地震作用效应调整,规范条文,新抗震规范,3.4.3,条规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层,的地震剪力应乘以1.15的增大系数；,新高规,5.1.14,条规定，楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三,层平均值的80%时，该楼层地震剪力应乘1.15增大系数；,新抗震规范,3.4.3,条规定，竖向不规则的建筑结构，竖向抗侧,力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以,1.25-1.5的增大系数。,40,程序处理：,1）,针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比, 来决定,是否采用1.15的楼层剪力增大系数；,并且允许用户强制指定薄弱层位置，对用户指定的薄弱,层也采用1.15的楼层剪力增大系数（参数补充输入）,2）,通过用户,指定转换梁、框支柱,来实现转换构件的地震,内力放大。（特殊构件补充定义）,41,WMASS.OUT:,楼层刚度比控制,薄弱层放大,Floor No. 1 Tower No. 1,Xstif= 45.9337(m) Ystif= 6.6222(m) Alf = 0.0000(Degree),Xmass=46.8139(m) Ymass= 7.1724(m) Gmass= 1251.4342(t),Eex = 0.0476 Eey = 0.0316,Ratx = 1.0000 Raty = 1.0000,Ratx1=0.9285 Raty1= 0.8851 薄弱层地震剪力放大系数= 1.15,RJX = 8.4E6(kN/m) RJY = 9.4E6(kN/m) RJZ = 2.8E9(kN/m),42,10. 0.2Q0调整,规范条文,：,新抗震规范6.2.13条规定，侧向刚度沿竖向分布,基本均匀的框剪结构，任一层框架部分的地震剪力，不应,小于结构底部总地震剪力的20%和按框剪结构分析的框架,部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。,程序实现,：程序对框剪结构，将依据规范要求进行0.2Q0调整,用户可以指定调整楼层的范围，同时，由于0.2Q0调整可能导,致过大的不合理的调整系数，所以TAT、SATWE,程序都允许,用户对数据文件中的调整系数进行手工修改,。,调整系数的约定,：,程序自动计算出的调整系数最大取2.0;用户,手工修改的调整系数无限制,43,SATWE程序0.2Q0调整系数的修改,用户在工作目录建立文本文件,SATINPUT.02Q,该文件格式如下：,IST Cx Cy,IST Cx Cy,.,IST Cx Cy,比如：,2 1.5 1.8 指定第2层x向调整系数,6 2.0 1.2,7 1.2 1.2,44,SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数,45,11. 框支柱地震作用下的内力调整,规范条文,新高规10.2.7条规定，框支柱数目不多于10根时:当框支层,为12层时各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%；,当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至,少取基底剪力的3%。；框支柱数目多于10根时，当框支层,为12层时每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力20%，,当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受剪力之和,应取基底剪力30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支,柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。,46,程序实现,TAT、SATWE在执行本条时，只对框支柱的弯矩剪力作,调整，由于调整系数往往很大，,为了避免异常情况，对与,框支柱相连的框架梁的弯矩剪力暂不作调整,。,程序应用,1) 一定要定义转换层所在层号 MCHANGE,在特殊构件补充定义中手工定义框支柱（程序不自动搜索）,本调整仅针对 1 ,MCHANGE,层的框支柱进行,47,12. 设计内力调整,(强柱弱梁,强剪弱弯),1) 梁设计剪力调整,：抗震规范第6.2.4条和高规第6.2.5、,7.2.22条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架梁,和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其梁端截面组合的设计,剪力值应调整。,2) 柱设计内力调整,：为了体现抗震设计中强柱弱梁概念设,计的要求，抗震规范第6.2.2、6.2.3、6.2.6、6.2.10条和高,规第4.9.2条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架,柱、框架结构的底层柱下端截面、角柱、框支柱的组合设计内,力值应调整。,3) 剪力墙设计内力调整,：高规第7.2.10 、10.2.14、4.9.2,条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的剪力墙底部加强,区和非加强区截面组合的设计内力值应调整。,程序具体采用的调整系数详见用户手册。,48,位移比控制、层间位移比控制,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。,最大位移：,墙顶、柱顶节点的最大位移,平均位移：,墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移之和除2,最大层间位移：,墙、柱层间位移的最大值,平均层间位移：,墙、柱层间位移的最大值与最小值之和除2,49,程序处理：,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，用户可以一目了然地判,断是否满足规范。,注意：,1)验算位移比可以选择,强制刚性楼板假定,2),验算位移比需要考虑偶然偏心，验算层间位移角则不,需要考虑偶然偏心,3)位移比超过1.2，需要考虑双向地震,50,SATWE文件WDISP.OUT：,位移、位移比、层间位移、层间位移比,= 工况 1 = X 方向地震力作用下的楼层最大位移,Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h,JmaxD Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Max-Dx/h,3 1 141 2.18 1.95,1.12,3600.,141 2.05 1.77,1.16,1/1752.,2 1 93 0.13 0.11,1.14,3600.,93 0.08 0.06,1.20,1/9999.,1 1 45 0.05 0.05,1.12,5500.,45 0.05 0.05,1.16,1/9999.,X方向最大值层间位移角: 1/1367.,51,14,周期比控制,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T,1,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、扭转系数区分出各振型分别是扭转,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振周期Tt，周期最长,的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1,3）计算Tt/T1，看是否超过0.9 (0.85),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。这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别,计算、分别验算(注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔,分成多个结构),52,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，总的调整原则是要加,强结构外圈，或者削弱内筒。,53,考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数,振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数,1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94,2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06,3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00,4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97,5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03,6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00,7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50,8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95,9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94,第一振型为扭转,考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从,新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构”,54,P,平面貌似规整的剪力墙结构，第一振型为扭转,55,平面貌似规整的框剪结构，第一振型为扭转,56,15,层刚度比控制,1）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；,2）高规的4.4.2条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧,向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三,层侧向刚度平均值的80%；,3）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；,4）高规的10.2.3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E的规定：,E.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表示转换层上、下层结,构刚度的变化，非抗震设计时不应大于3，抗震设计时不应,大于2。,57,E.0.2) 底部大空间层数大于一层时，其转换层上部框架-剪,力墙结构的与底部大空间层相同或相近高度的部分的等效侧,向刚度与转换层下部的框架-剪力墙结构的等效侧向刚度比,e,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。,上述所有这些刚度比的控制，都涉及到楼层刚度的计算,方法，目前看来，有三种方案可供选择：,高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度 K,i,= G,i,A,i,/ h,i,高规附录E.0.2建议的方法剪弯刚度 K,i,= V,i,/ ,i,抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议方法 K,i,= V,i,/ ,ui,新规范软件全部提供这三种算法,用户可以根据需要,具体选择。,58,用层剪弯刚度或层剪切刚度判别的薄弱层,用层侧向刚度判别则不一定是薄弱层,用抗震规范方法最容易通过,用三种方法计算的楼层刚度,59,同一工程3种算法计算层刚度比的比较,剪切刚度 剪弯刚度 抗震规范,楼层1,否 否 否,楼层2,否 否 否,楼层3,否 否 否,楼层4,是 是 否,楼层5,否 否 否,60,61,抗震规范（,第三种）方法为通用方法，,也是程序的缺省方式，通常工程均可采,用此种办法,底部大空间为一层时，刚度比计算可采用,剪切刚度,底部大空间为多层时，刚度比计算可采用,剪弯刚度,三种方法算出的楼层刚度可能差别很大，属,正常，可以不必奇怪,62,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：,1、 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，底下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍;,2、 上海规程已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。,上海规程,63,框剪结构中,框架承担的倾覆力矩计算,新抗震规范第6.1.3条、高规8.1.3条规定，框架-剪力墙结构，,在基本振型地震作用下，若框架部分承担的地震倾覆力矩大,于总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架,结构确定，柱轴压比限值宜按框架结构采用。抗震规范第,6.1.3条的条文说明给出了框架部分承担的倾覆力矩的计算,方法：,Mc = ,V,ij,h,其中，,V,ij,代表柱剪力，,h,代表层高。,新版程序依据此,式来进行计算,64,文件WV02Q.OUT :,框架倾覆力矩百分比,*,框架柱地震倾覆弯矩百分比,*,柱倾覆弯矩 墙倾覆弯矩 柱倾覆弯矩百分比,X向地震: 1109.3 48167.8 2.25%,Y向地震: 958.7 46576.5 2.02%,65,17 重力二阶效应,条文：,高规（5.4.2）条和混凝土规范（7.3.12）条都提到重力,二阶效应问题。,概念：,重力二阶效应一般称为P-DELT效应，在建筑结构分析中,指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时,竖向荷载就,会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量，这个分量将加大水平,位移量，同时也会加大相应的内力，这在本质上是一种几何非线,性效应。,66,程序实现,我们在TAT、SATWE和PMSAP程序中都提供了计算P-DELT,效应的开关,用户可以根据需要选择考虑或者不考虑P-DELT效,应。具体实现时，我们计算竖向荷载引起的整个结构的几何刚,度，以此修改原有结构总刚，从而实现P-DELT效应的计算。,新版本程序P-DELT效应的实现方法具有一般性，它既适用于,采用刚性楼板假定的结构，也适用于存在独立弹性节点的结构，,解除了老版本程序的局限性。在调试过程中，我们曾经与,ETABS程序作了对比，发现二者吻合得非常之好，这也从一个,侧面验证了我们的方法。,值得注意：,考虑P-DELT效应后,结构周期一般会变得稍长，,这是符合实际情况的。,67,18. 传给基础的上部结构刚度,新版SATWE，TAT都具有该功能。,必要性：,在实际情况中，基础与上部结构总是共同工作的，,从受力的角度看它们是不可分开的一个整体。但是在设计中基础,与上部结构通常分开来做,在设计基础时,通常只考虑上部结构传给,基础的荷载，而上部结构对基础的刚度贡献则很少考虑或者只能,非常粗略地用一些经验参数来考虑。我们认为,不考虑上部结构的,刚度贡献,将会低估基础将会低估基础的整体性，很可能会导致错,误的基础变形规律，这会造成基础设计在某些局部偏于不安全,而,在另一些局部又可能存在不必要的浪费。,程序：,为了使基础设计更为合理，程序在上部结构计算中，增,加了上部结构刚度向基础凝聚的功能，当需要考虑共同作用时，用,户可以在程序的计算选择菜单中将相应开关打开，传给基础的刚度,将会自动生成。这样一来，在后面的基础软件JCCAD的分析当中，,不但接受上部结构传来的荷载，同时还将叠加上部结构传来的刚度,68,69,19. 弹性时程分析及地震波选取,1）适用范围,SATWE，PMSAP:,分析方法采用振型叠加法；,分析对象可以是所有结构。,TAT:,分析方法为直接积分法，只针对糖葫芦串结构,2）地震波选取,A)至少2条两条实际强震纪录和一条人工波,B)多条波的平均反应谱与规范谱统计意义相符,C)单波基底剪力不小于反应谱法的 65%,多波平均基底剪力不小于反应谱法的 80%,70,3) 时程分析的应用,A)、时程分析选波一般是一个试算的过程，通过计算,结果判断所选地震波是否满足要求，不满足要求则要重,新选波，直到满足要求为止。满足要求的地震波对应的,计算结果才有设计意义。,B) SATWE，TAT，PMSAP的时程分析主要给出各楼层,的层间位移角包络，以此验算多遇地震下楼层变形是否满,足规范要求。,C) PMSAP 生成两个时程分析工况DX,DY，与反应谱地,震工况EX,EY采用同样的组合原则，在构件设计中考虑。,71,20.整体稳定验算（无纯框架）,按照高规5.4.1计算结构的等效侧向刚度：,由此计算,结构刚重比,。,SATWE 输出结果参见WMASS.OUT,TAT 输出结果参见TAT-M.OUT,PMSAP 输出结果参见“简单摘要”，“详细摘要”,72,整体稳定条件,不考虑P-DELT效应的条件,73,21.对高位转换结构的刚度比计算,SATWE 输出结果参见WMASS.OUT,TAT 输出结果参见TAT-M.OUT,PMSAP 输出结果参见“简单摘要”，“详细摘要”,单自由度体系串联公式,74,K1,K2,K3,K,变形协调公式,75,22. 短肢剪力墙结构设计,1. 短肢剪力墙结构的界定,A 短肢墙倾覆弯矩占结构总倾覆弯矩的,40%,以上;,B 对于多层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面,面积占全部楼面面积大于60% ；,C 对于高层剪力墙结构，短肢剪力墙负荷的楼面,面积占全部楼面面积大于50% ；,满足其一，即,可以认为是短肢墙结构,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%,；所以：,短肢墙倾覆弯矩范围 40%-50%,76,2. 短肢剪力墙结构的应用范围,第7.1.3条规定了,B级高度高层建筑,和,9度抗震,设计的A级高度高层建筑,，不应采用第7.1.2条规,定的具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构,其,最大适用高度,比高规表4.2.2-1中剪力墙结,构的规定值,适当降低,，且7度和8度抗震设计时分,别不应大于100m和60m,77,3. 短肢剪力墙结构的抗震加强,（1）,抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比高规4.8.2规定的剪力墙的抗震等级提高一级采用；,（2）,抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.5、0.6和0.7；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1；,（3）,抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它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；,78,（4）,抗震设计时，短肢剪力墙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%，其它部位不宜小于1.0%；,（5）,短肢剪力墙截面厚度不应小于200mm；,（6）,7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。,（7）,高规7.2.1条文规定了带有筒体和短肢剪力墙的剪力墙结构的混凝土强度等级不应低于C25。,79,弱短肢剪力墙,（截面高厚之比小于5的墙肢）,高规7.2.5条文规定了不宜采用墙肢截面高度与厚度之比小于为5的剪力墙；当其小于5时，其在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一级（9度）、一级（7、8度）、二级、三级时分别不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。,短墙,（截面高度之比不大于3的墙肢）,高规7.2.5条文和抗震规范6.4.9条文规定剪力墙的截面高度与厚度之比不大于3时，应按柱的要求进行设计，底部加强部位纵向钢筋的配筋率不应小于1.2%，其它部位不应小于1.0%，箍筋应沿全高加密。,80,4. 短肢剪力墙结构设计,高规提出了“短肢剪力墙结构”的概念，那么在设计中如何体现、把握短肢剪力墙结构的要求，用软件时应注意以下几点：,（1）,短肢剪力墙结构，其首先应是全剪力墙结构；,（2）,短肢剪力墙结构中，应有足够的长肢剪力墙；,（3）,当结构形式符合短肢剪力墙结构形式后，才能在软件“总信息”参数的结构体系中，定义结构为“短肢剪力墙结构”；,（4）,短肢剪力墙结构中的短肢墙，在设计时其“抗震等级”，软件自动提高一级；,81,（5）,短肢剪力墙结构中筒体和一般剪力墙需符合不宜小于50%总倾覆弯矩的要求；,（6）,短肢剪力墙结构中的短肢墙，在设计时其非加强区，软件自动乘以相应剪力设计增大系数。,82,附加,的短肢剪力墙结构的计算要求,除满足规范规定的各项要求外，从工程实践出发，短肢剪力墙结构还应满足如下要求：,a、任一层短肢剪力墙所承受的水平剪力不应小于基底剪力的20% ；,b、对于多层短肢剪力墙结构，各层短肢剪力墙的总截面面积不宜超过本层总剪力墙截面面积的2/3 。,c、对于H,w,/b,w,=4的小墙肢应按柱构造配筋。,（北京市建筑设计技术细则 2004/9）,83,23. 转换层结构,转换层结构特点,竖向力的传递不连续,在转换层上下一、二层范围内，内力有突变,设计调整,薄弱层,水平转换构件,竖向转换构件框支柱,84,1. 梁托柱的转换结构,A,如结构中采用大量的梁托柱的受力形式，则该结构应该定义为 “转换层结构”。,B,此类结构，可以采用杆系模型计算。,C,托柱梁应按框支梁设计及构造控制；,D,与托柱梁相连的柱应定义为框支柱；,E,当转换层在3层及3层以上时，框支柱的抗震等级应提高1级考虑,(软件自动实现),；,85,2 框支剪力墙转换结构,变形特点,：,转换梁与框支墙在交接面上变形协调。,受力特点,：,转换梁受力复杂，其轴向力不可忽略按偏心受力构件设计配筋。,规范条文,：高规10.2.10条，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层主结构上。 当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。,适宜软件,：框支剪力墙结构宜采用墙元（壳元）模型，如SATWE、PMSAP等。,86,3 厚板转换结构,规范条文：,“高规”10.2.1条，非抗震设计和6度抗震设计可采用；7、8度抗震设计的地下室转换构件可采用厚板。,分析方法：,等代梁法近似分析,采用有限元方法分析，如PMSAP,87,24 柱墙活荷载折减系数的理解,较多的用户理解这个折减系数存在问题。这里关键是要理解“计算截面以上层数”这句话。当一个10层的结构，按这句话的理解，各层的“柱墙或荷载折减系数”将是如下。,层号 折减系数层号 折减系数,10， 1.09， 1.0,8， 0.857， 0.85,6， 0.705， 0.70,4， 0.653， 0.65,2， 0.651， 0.6,从折减系数来看，说明从1到10层满布活荷载的概率为60%，对第6层来说6到10层满布活荷载的概率为70%，而顶层满布活荷载的概率则为100%。这说明活荷载折减的科学性、合理性。,88,25 梁活荷载折减的正确应用,A,梁活荷载折减是根据梁的受荷面积而确定的，,这样就会造成比较复杂的折减方式，且可能每,根梁不同。,B,PMCAD在处理这个问题时，采用了折减楼面荷,载的方式。,C,建议在选择梁活荷载折减时，应慎重考虑。,在使用PKPM系列的软件中，活荷载折减最好,不要重复使用，如在PM中考虑了梁的活荷载,折减，则在SATWE、TAT、PMSAP中最好不要,选择“柱墙活荷载折减”，以避免活荷载折减,过多。反之亦然。,89,26 梁弯矩放大系数的合理使用,A,梁弯矩放大系数起源于梁的活荷载不利布置，当不考虑活荷载不利布置时，梁活荷载弯矩偏小，程序试图通过这个参数来调整梁的弯矩。,B,过去这个参数只乘在梁的跨中正弯矩上，但是实际上活荷载不利布置不但对梁的正弯矩有影响，对负弯矩也有影响，所以，目前这个参数在梁正负弯矩上都乘。,C,当考虑活荷载不利布置时，梁弯矩放大系数宜取1.0。如果活荷载较小，则即使不考虑活荷载不利布置，该系数也不要取得过大，宜取1.1以下。只有当活荷载较大时，该系数需要取得大些。,D,梁弯矩放大系数是最后乘在组合设计弯矩上（弯矩包络图,上），所以它把恒、活、地震、风的荷载都放大了。,90,27 框架剪力墙结构设计,（1）,一般框剪结构恒载计算应选择“模拟施工1”；,（2）,按高规有0.2Qo的调整，此时程序自动放大梁柱的地震弯矩和剪力；,（3）,框架部分底层承受地震倾覆弯矩，应满足小于50%的规范要求，否则应按框架结构分析的抗震等级设置；,（4）,框剪结构，程序自动把柱轴压比放松0.05；,（5）,一端与柱一端与墙相连的梁，也可以按连梁设计；,(6）,可以选择“模拟施工2”用于传基础力；,91,（7）,一些内筒外框、筒中筒等结构，程序也认为是框架剪力墙结构，所以也要符合框剪结构的要求；,（8）