PKPM參數(shù)分析.doc

抗震參數(shù)詳解 在結(jié)構(gòu)平面基本確定后，構(gòu)件尺寸以及混凝土強(qiáng)度等級初估之后，采用軟件計(jì)算。在計(jì)算過程中通過不斷調(diào)整及控制以下八個(gè)重要比值，周期比、位移比、剛度比、剛重比、剪重比、軸壓比、受剪承載力比和框架傾覆力矩比對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化：1.周期比：（高規(guī)3.4.5條）周期比反映結(jié)構(gòu)抗扭和抗側(cè)剛度的相對關(guān)系，主要控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。周期比計(jì)算方法：1)扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的判斷：從計(jì)算書中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動(dòng)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊(duì)中選出數(shù)值最大的扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡圖”，看該周期值所對應(yīng)的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，如果其僅僅引起局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，要從隊(duì)列中取出下一個(gè)周期進(jìn)行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)的值即為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期；3)周期比計(jì)算：將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動(dòng)周期即可。周期、地震力與振型輸出文件 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的振動(dòng)周期(秒)、X,Y 方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)振型號 周 期 轉(zhuǎn) 角 平動(dòng)系數(shù) (X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 1.5934 89.80 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 2 1.3949 179.54 0.71 ( 0.71+0.00 ) 0.29 3 1.1576 0.43 0.29 ( 0.29+0.00 ) 0.71 4 0.4244 89.28 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 5 0.4029 178.97 0.78 ( 0.78+0.00 ) 0.22 6 0.3301 0.40 0.22 ( 0.22+0.00 ) 0.78由以上計(jì)算結(jié)果分析可知：第三周期為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期，扭轉(zhuǎn)第一周期與平動(dòng)第一周期之比為0.726，滿足規(guī)范中扭轉(zhuǎn)第一周期與平動(dòng)第一周期之比不應(yīng)大于0.90的要求；同時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)基本自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式（荷載規(guī)范附錄E.2.1、E.2.2）計(jì)算，來判斷整個(gè)結(jié)構(gòu)體系剛度是否適中。因此，在結(jié)構(gòu)分析過程中，結(jié)構(gòu)周期的長短及周期比的大小是判斷整個(gè)結(jié)構(gòu)體系剛?cè)嵝院驼w抗扭剛度的兩個(gè)重要因素。若周期的長短偏離經(jīng)驗(yàn)公式較多，則需分析原因，盡量避免成為模糊結(jié)構(gòu)（比如剪力墻較少的框架結(jié)構(gòu)、筒體偏小的框架核心筒結(jié)構(gòu)、肢長較短的剪力墻結(jié)構(gòu)等），現(xiàn)行的規(guī)范對結(jié)構(gòu)定義還，缺乏較好的連續(xù)性，呈跳躍狀。若周期比不滿足規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件（墻、梁或連梁）的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。但應(yīng)以加墻為先，加高連梁會(huì)導(dǎo)致剪力墻的延性下降。2.位移比：（高規(guī)3.4.5條）位移比主要控制結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值1.2，1.5（1.4）是按剛性板假定作出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，以便計(jì)算出正確的位移比。在位移比滿足要求后，再去掉“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設(shè)計(jì)人員應(yīng)正確選用。本結(jié)構(gòu)體系最大位移與層平均位移的比值（Ratio-(X),Ratio-(Y)）和最大層間位移與平均層間位移的比值（Ratio-Dx,Ratio-Dy）計(jì)算結(jié)果均控制在1.2以內(nèi)。周期比及位移比均為對結(jié)構(gòu)體系扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要控制參數(shù)。地震對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)效應(yīng)有平動(dòng)、豎向振動(dòng)、平動(dòng)扭轉(zhuǎn)耦連振動(dòng)。嚴(yán)格的說，結(jié)構(gòu)只要不是雙軸對稱都會(huì)有平扭耦連。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的原因有外因和內(nèi)因。外因：地震是一種多維隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，地面運(yùn)動(dòng)存在著轉(zhuǎn)動(dòng)分量或地面各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)存在相差；內(nèi)因：結(jié)構(gòu)自身的不對稱，結(jié)構(gòu)平面質(zhì)量中心和剛度中心不重合，存在偏心，導(dǎo)致水平地震下結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。此外對于高層建筑，即使每層的質(zhì)心和剛心重合，但各層的質(zhì)心不在同一豎軸上同樣也會(huì)引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。所以，最大限度的控制周期比及位移比會(huì)使結(jié)構(gòu)更趨于安全。倘若高層建筑底部幾層層間位移較小，小震下達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的限值的40%，構(gòu)件承載力達(dá)到中震不屈服，則上述位移比可適當(dāng)放寬，但不應(yīng)大于1.6.建議我們常規(guī)結(jié)構(gòu)慎用。Floor Tower Jmax Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h JmaxD Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy Max-Dy/h DyR/Dy Ratio_AY5 1 1486 3.26 2.39 1.37 3070. 1212 0.55 0.52 1.06 1/5627. 15.6% 0.564 1 1143 2.77 1.89 1.47 5350. 1143 1.05 0.76 1.38 1/5104. 1.7% 0.643 1 781 1.73 1.14 1.52 4200. 781 0.88 0.58 1.51 1/4789. 19.5% 0.752 1 573 0.86 0.56 1.53 5100. 573 0.85 0.55 1.55 1/6015. 86.2% 0.603.剛度比：（抗規(guī)3.4.2）剛度比主要控制結(jié)構(gòu)體系的豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程3.5.2條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層結(jié)構(gòu)其樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比值有如下規(guī)定：框架結(jié)構(gòu)不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8；對框架-剪力墻、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)，樓層與相鄰上層的側(cè)向剛度比不宜小于0.9，當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時(shí)，該比值不宜小于1.1，對結(jié)構(gòu)底部嵌固，該比值不宜小于1.5，通過對比噖SATWE后處理文件WMASS.OUT中每層的剛度比值Ratx1，Raty1可以確定結(jié)構(gòu)側(cè)向構(gòu)件變化的均勻性。（SATWE中須根據(jù)手工比值強(qiáng)制設(shè)為薄弱層）一般情況下，結(jié)構(gòu)體系沒有突變，剛度比值會(huì)滿足要求。但對于帶有轉(zhuǎn)換層或者薄弱層的結(jié)構(gòu)體系，剛度比應(yīng)嚴(yán)格控制。而設(shè)有轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)必須滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程附錄E的規(guī)定。另外，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程5.3.7中規(guī)定，在高層結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍。同時(shí)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第6114條規(guī)定了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的其他相關(guān)要求。SATWE通根據(jù)抗震規(guī)范和高規(guī)的要求，軟件提供了三種剛度比的計(jì)算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應(yīng)的層間位移比。正確認(rèn)識這三種剛度比的計(jì)算方法和適用范圍是剛度比計(jì)算的關(guān)鍵：1）剪切剛度=G2A2/ G1A1 x H1/ H2（高規(guī)附錄E.0.1建議的方法）主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對地下室嵌固條件的判定；2) 剪彎剛度e=1 H2/2 H1 （高規(guī)附錄E.0.2建議的方法）主要用于底部大空間為兩層及兩層以上的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；3) 地震力與層間位移比Ki=Vi/ui（抗規(guī)3.4.2條文說明）基本用于除以上兩種之外的所有結(jié)構(gòu)。以上的三種層剛度的計(jì)算方法的適用范圍為SATWE計(jì)算手冊中建議。從定義上理解，層剛度是結(jié)構(gòu)的固有的力學(xué)特性，當(dāng)兩個(gè)樓層的構(gòu)件布置、截面尺寸、材料、層高都相同時(shí)，它們的層剛度也應(yīng)相同。但抗規(guī)條文說明建議的計(jì)算方法算的結(jié)果是不同的，究其原因：是Vi、ui分別是水平地震作用下某層的層剪力和層位移差，由于ui既包括了剪切變形，又包括了因結(jié)構(gòu)整體彎曲（既剛體轉(zhuǎn)動(dòng)）引起的水平位移，導(dǎo)致計(jì)算所得的Ki隨著樓層位置變高而逐漸減小。而剪彎剛度算法德計(jì)算剛度均假定下端位嵌固，由單位水平力作用于剛度中心計(jì)算樓層的水平位移，進(jìn)而求得該樓層的側(cè)向剛度，其物理意義明確，比較真實(shí)的反映了結(jié)構(gòu)固有的力學(xué)特性。所以建議在計(jì)算樓層側(cè)向剛度比、判別層剛度是否突變、確定薄弱層位置時(shí)采用剪彎剛度來判斷。 4.剛重比：（高規(guī)5.4.1）剛重比主要為控制結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆。不會(huì)傾覆條件：剪彎型（剪力墻、框剪、筒體） 剛重比大于等于1.4（極限）剪切型（框架） 剛重比大于等于10（極限）不考慮重力二階條件：剪彎型（剪力墻、框剪、筒體） 剛重比大于等于2.7剪切型（框架） 剛重比大于等于20 高層結(jié)構(gòu)僅在重力荷載作用下失穩(wěn)的可能性是很小的，當(dāng)結(jié)構(gòu)在地震作用和水平風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生水平位移時(shí)重力荷載將引起結(jié)構(gòu)的P-效應(yīng)，在剛重比較小時(shí)，上圖的Y軸呈陡變，使結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力急劇增加，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。5.剪重比：（高規(guī)4.3.12）剪重比主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性。樓層最小水平地震剪力主要是反映地震作用不確定性及地面地震運(yùn)動(dòng)速度、位移對結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)，彌補(bǔ)加速度反應(yīng)譜的不足。對于剛度較弱、周期較長的結(jié)構(gòu)，地震地面運(yùn)動(dòng)速度和位移的輸入可能會(huì)對結(jié)構(gòu)的破壞具有更大的影響。但是，現(xiàn)行規(guī)范所采用的振型分解反應(yīng)譜法對此尚不能做出估計(jì)。對剪重比的控制，是為了使周期較長、剛度較弱的結(jié)構(gòu)所承受的各樓層地震剪力和實(shí)際情況更為接近。如果結(jié)構(gòu)部分樓層實(shí)際計(jì)算的地震剪力系數(shù)與規(guī)定的值相差不大，則直接按照最小剪力系數(shù)調(diào)整相關(guān)層的地震剪力；如果實(shí)際計(jì)算的地震剪力系數(shù)與規(guī)定的值相差較大，表明結(jié)構(gòu)的整體剛度偏小，宜適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度。地震剪力的調(diào)整可直接反映在相應(yīng)樓層的地震內(nèi)力中，不必往下傳遞。對于6度抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，高規(guī)與抗規(guī)沒有專門的規(guī)定，依據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考值控制在0.008左右。6.軸壓比：（抗規(guī)6.3.6和6.4.5）控制軸壓比是保證結(jié)構(gòu)延性的重要措施，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性破壞。常規(guī)的按照規(guī)范來控制應(yīng)該不難，但也有經(jīng)?？刂葡聛淼霈F(xiàn)短柱的，如設(shè)了設(shè)備轉(zhuǎn)換層（與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換合用時(shí)）時(shí)應(yīng)盡量采用吊頂或加高設(shè)備層處理，以利于剛度的漸變。實(shí)在難以避免的，應(yīng)避免同一樓層出現(xiàn)少數(shù)短柱，因?yàn)檫@少數(shù)短柱的抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于一般柱的抗側(cè)剛度在水平地震作用或風(fēng)荷載作用下吸收較大水平剪力，尤其在框架(純框架結(jié)構(gòu)中的少數(shù)短柱，一旦地震超設(shè)防烈度的情況下，可能使少數(shù)短柱遭受嚴(yán)重破壞，造成樓層柱各個(gè)擊破，這對結(jié)構(gòu)安全將是極大危險(xiǎn)。7.受剪承載力之比（高規(guī)3.5.3）層間受剪承載力之比也是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。其限值可參考抗震規(guī)范和高規(guī)的有關(guān)規(guī)定（A：不宜小于80%，不應(yīng)小于65%，B：不應(yīng)小于75%）。但實(shí)際此項(xiàng)參數(shù)很難準(zhǔn)確把握，實(shí)際往往超配，且量難以確定。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則：使結(jié)構(gòu)具有足夠的承載能力安全儲備和充分的剛度，以保證建筑結(jié)構(gòu)在施工期間和使用期內(nèi)的安全。以上七個(gè)比值在結(jié)構(gòu)計(jì)算中是相輔相成的，結(jié)構(gòu)體系的完善就是使之不斷的優(yōu)化并滿足規(guī)范要求。8. 底層框架承受的傾覆力矩（高規(guī)8.1.3）當(dāng)結(jié)構(gòu)體系中存在部分框架結(jié)構(gòu)時(shí)，就必須按高規(guī)8.1.3判斷本工程結(jié)構(gòu)體系是屬于框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)體系中的哪一種。當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%時(shí)，按剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中的框架部分應(yīng)按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)框架部分承受的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%5