PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在應(yīng)用中的問(wèn)題解析

1、摘要： 2005年7月1820日在京舉辦了首次“PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在應(yīng)用中的問(wèn)題解析”講座 第一章磚混底框的設(shè)計(jì) （一）“按經(jīng)驗(yàn)考慮墻梁上部作用的荷載折減” 由于墻梁的反拱作用，使得一部分荷載直接傳給了豎向構(gòu)件，從而使墻梁的荷載降低。 若選擇此項(xiàng)，則程序?qū)λ械耐袎α壕蹨p，而不判斷該梁是否為墻梁。 （二）“按規(guī)范墻梁方法確定托梁上部荷載” 若選擇此項(xiàng)，則則程序自動(dòng)判斷托墻梁是否為墻梁，若是墻梁則自動(dòng)按照規(guī)范要求計(jì)算梁上的荷載，若不是墻梁則按均布荷載方式加到梁上。 若同時(shí)選擇“按經(jīng)驗(yàn)考慮墻梁上部作用的荷載折減”和“按規(guī)范墻梁方法確定托梁上部荷載”兩項(xiàng)，則程序?qū)τ趬α簞t執(zhí)行“按規(guī)范墻梁方法確定

2、托梁上部荷載”，對(duì)于非墻梁則執(zhí)行“按經(jīng)驗(yàn)考慮墻梁上部作用的荷載折減”。 （三）“底框結(jié)構(gòu)剪力墻側(cè)移剛度是否應(yīng)該考慮邊框柱的作用” 若選擇此項(xiàng)，則程序在計(jì)算側(cè)移剛度比時(shí)，與邊框柱相連的剪力墻將作為組合截面考慮。否則程序分別計(jì)算墻、柱側(cè)移剛度。 一般而言，對(duì)混凝土抗震墻可選擇考慮邊框柱的作用，對(duì)磚抗震墻可選擇不考慮邊框柱的作用。（四）混凝土墻與磚墻彈性模量比的輸入 適用范圍：混凝土墻與磚墻彈性模量比只有在該結(jié)構(gòu)在某一層既輸入了混凝土墻，又輸入了磚墻時(shí)才起作用。 物理意義：混凝土墻與磚墻的彈性模量比。 參數(shù)大小：該值缺省時(shí)為3，大小在36之間。 如何填寫：一般而言，混凝土墻的彈性模量是磚墻的10倍以

3、上。如果是同等墻厚，則混凝土墻的剛度就是磚墻的10倍以上。但實(shí)際上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面混凝土墻的厚度小于磚墻，從而使混凝土墻的剛度有所降低；另一方面，在實(shí)際地震力作用下混凝土墻所受的地震力是否就是磚墻的10倍以上還是未知數(shù)，因此我們不能將該值填得過(guò)高。 （五）磚混底框結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算 TAT軟件可以直接計(jì)算風(fēng)荷載。 SATWE軟件不可以直接計(jì)算風(fēng)荷載，需要設(shè)計(jì)人員在特殊風(fēng)荷載定義中人為輸入。 （六）磚混底框不計(jì)算地震力時(shí)該如何設(shè)計(jì)？ 目前的PMCAD軟件不能計(jì)算非抗震的磚混底框結(jié)構(gòu)。 處理方法： 設(shè)計(jì)人員可以按6度設(shè)防計(jì)算，磚混抗震驗(yàn)算結(jié)果可以不看。 磚混抗震驗(yàn)算完成后執(zhí)行SATWE軟件進(jìn)行

4、底框部分內(nèi)力的計(jì)算。 處理方法的基本原理： 一般來(lái)說(shuō)，磚混底框結(jié)構(gòu)，按6度設(shè)防計(jì)算時(shí)地震力并非控制工況。 對(duì)于構(gòu)件的彎矩值，基本上都是恒+活載控制；剪力值，有可能某些斷面由地震力控制，但該剪力值的大小與恒+活載作用下的剪力值相差也不會(huì)很大。直接用該值設(shè)計(jì)首先肯定安全，其次誤差很小。 如果個(gè)別構(gòu)件出現(xiàn)其彎矩值和剪力值由地震力控制，這種情況一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的外圍構(gòu)件中。設(shè)計(jì)人員或者直接使用該值進(jìn)行設(shè)計(jì)，誤差不大，或者作為個(gè)案單獨(dú)處理。（七）磚混底框結(jié)構(gòu)剛度比的計(jì)算與調(diào)整方法探討 （A）規(guī)范要求 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第7.1.8條第3款明確規(guī)定：底層框架抗震墻房屋的縱橫兩個(gè)方向，第二層與底層側(cè)向剛度的比值

5、，6、7度時(shí)不應(yīng)大于2.5，8度時(shí)不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0。 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第7.1.8條第4款明確規(guī)定：底部?jī)蓪涌蚣芸拐饓Ψ课莸目v橫兩個(gè)方向，底部與底部第二層側(cè)向剛度應(yīng)接近，第三層與底部第二層側(cè)向剛度的比值，6、7度時(shí)不應(yīng)大于2.0，8度時(shí)不應(yīng)大于1.5，且均不應(yīng)小于1.0。 （B）規(guī)范精神 由于過(guò)渡層為磚房結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜，若作為薄弱層，則結(jié)構(gòu)位移反應(yīng)不均勻，彈塑性變形集中，從而對(duì)抗震不利。 充分發(fā)揮底部結(jié)構(gòu)的延性，提高其在地震力作用下的抗變形和耗能能力。 （C）PMCAD對(duì)混凝土墻體剛度的計(jì)算 對(duì)無(wú)洞口墻體的計(jì)算 如果墻體高寬比M<1.0，則只計(jì)算剪切剛度，計(jì)算公式為(略

6、） 如果墻體高寬比M>1.0，則需計(jì)算剪彎剛度，計(jì)算公式為(略） 對(duì)小洞口墻體的計(jì)算 小洞口墻體的判別標(biāo)準(zhǔn) (略）0.4 目前的PMCAD軟件，對(duì)于磚混底框結(jié)構(gòu)，只允許開(kāi)設(shè)小洞口的剪力墻。對(duì)于0.6或洞口高度大于等于0.8倍墻高的大洞口剪力墻，則只能分片輸入。 PMCAD軟件根據(jù)開(kāi)洞率按照抗震規(guī)范表7.2.3乘以墻段洞口影響系數(shù)計(jì)算小洞口剪力墻的剛度。 （D）工程算例：（例子還有圖形等，未錄入）本例通過(guò)不改變剪力墻布置而用剪力墻開(kāi)豎縫的方法來(lái)滿足其剛度比的要求。(略） （E）設(shè)豎縫的剪力墻墻體的構(gòu)造要求 豎縫兩側(cè)應(yīng)設(shè)置暗柱。 剪力墻的豎縫應(yīng)開(kāi)到梁底，將剪力墻分乘高寬比大于1.5，但也不宜

7、大于2.5的若干個(gè)墻板單元。 對(duì)帶邊框的低矮鋼筋混凝土墻的邊框柱的配筋不應(yīng)小于無(wú)鋼筋混凝土抗震墻的框架柱的配筋和箍筋要求。 帶邊框的低矮鋼筋混凝土墻的邊框梁，應(yīng)在豎縫的兩側(cè)1.5倍梁高范圍內(nèi)箍筋加密，其箍筋間距不應(yīng)大于100mm。 豎縫的寬度可與墻厚相等，豎縫處可用預(yù)制鋼筋混凝土塊填入，并做好防水。 （F）底部框架剪力墻部分為兩層的磚混底框結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)開(kāi)設(shè)洞口的方式形成高寬比大于2的若干墻段。 注：本條因?yàn)槲淖志庉嫷脑蚵匀チ艘恍┕剑@些公式可以從其他一些書(shū)上看到。 第二章剪切、剪彎、地震力與地震層間位移比三種剛度比的計(jì)算與選擇 （一）地震力與地震層間位移比的理解與應(yīng)用 規(guī)范要求：抗震規(guī)范

8、第3.4.2和3.4.3條及高規(guī)第4.4.2條均規(guī)定：其樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層側(cè)向剛度的70或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80。 計(jì)算公式：Ki=Vi/ui 應(yīng)用范圍： 可用于執(zhí)行抗震規(guī)范第3.4.2和3.4.3條及高規(guī)第4.4.2條規(guī)定的工程剛度比計(jì)算。 可用于判斷地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。 （二）剪切剛度的理解與應(yīng)用 規(guī)范要求： 高規(guī)第E.0.1條規(guī)定：底部大空間為一層時(shí)，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2。計(jì)算公式見(jiàn)高規(guī)151頁(yè)。 抗震規(guī)范第6.1.14條規(guī)定：當(dāng)?shù)叵率翼敯?/p>

9、作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度與上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度之比不宜小于2。其側(cè)向剛度的計(jì)算方法按照條文說(shuō)明可以采用剪切剛度。計(jì)算公式見(jiàn)抗震規(guī)范253頁(yè)。 SATWE軟件所提供的計(jì)算方法為抗震規(guī)范提供的方法。 應(yīng)用范圍：可用于執(zhí)行高規(guī)第E.0.1條和抗震規(guī)范第6.1.14條規(guī)定的工程的剛度比的計(jì)算。 （三）剪彎剛度的理解與應(yīng)用 規(guī)范要求： 高規(guī)第E.0.2條規(guī)定：底部大空間大于一層時(shí)，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比e可采用圖E所示的計(jì)算模型按公式（E.0.2)計(jì)算。e宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)e不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)e不應(yīng)大于1.3。計(jì)算公式見(jiàn)高規(guī)151頁(yè)。 高規(guī)第E.0.2條還規(guī)定：

10、當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，其樓層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于相鄰上部樓層的60。 SATWE軟件所采用的計(jì)算方法：高位側(cè)移剛度的簡(jiǎn)化計(jì)算 應(yīng)用范圍：可用于執(zhí)行高規(guī)第E.0.2條規(guī)定的工程的剛度比的計(jì)算 （四）上海規(guī)程對(duì)剛度比的規(guī)定 上海規(guī)程中關(guān)于剛度比的適用范圍與國(guó)家規(guī)范的主要不同之處在于： 上海規(guī)程第6.1.19條規(guī)定：地下室作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下室的樓層側(cè)向剛度不宜小于上部樓層剛度的1.5倍。 上海規(guī)程已將三種剛度比統(tǒng)一為采用剪切剛度比計(jì)算。 （五）工程算例： 工程概況：某工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，共27層（包括二層地下室），第六層為框支轉(zhuǎn)換層。結(jié)構(gòu)三維軸測(cè)圖、第六層及第七層平面圖如圖1所示

11、（圖略）。該工程的地震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.3g。 113層X(jué)向剛度比的計(jì)算結(jié)果： 由于列表困難，下面每行數(shù)字的意義如下：以“”分開(kāi)三種剛度的計(jì)算方法，第一段為地震剪力與地震層間位移比的算法，第二段為剪切剛度，第三段為剪彎剛度。具體數(shù)據(jù)依次為：層號(hào)，RJX，Ratx1，薄弱層RJX，Ratx1，薄弱層RJX，Ratx1，薄弱層。 其中RJX是結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度（應(yīng)乘以10的7次方）；Ratx1為本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70的比值或上三層平均剛度80的比值中的較小者。具體數(shù)據(jù)如下： 1，7.8225，2.3367，否13.204，1.6408，否11.694，

12、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

13、.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軟件在

14、進(jìn)行“地震剪力與地震層間位移比”的計(jì)算時(shí)“地下室信息”中的“回填土對(duì)地下室約束相對(duì)剛度比”里的值填“0”； 注2：在SATWE軟件中沒(méi)有單獨(dú)定義薄弱層層數(shù)及相應(yīng)的層號(hào)； 注3：本算例主要用于說(shuō)明三種剛度比在SATWE軟件中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)方案的合理性不做討論。 計(jì)算結(jié)果分析 按不同方法計(jì)算剛度比，其薄弱層的判斷結(jié)果不同。 設(shè)計(jì)人員在SATWE軟件的“調(diào)整信息”中應(yīng)指定轉(zhuǎn)換層第六層薄弱層層號(hào)。指定薄弱層層號(hào)并不影響程序?qū)ζ渌∪鯇拥淖詣?dòng)判斷。 當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，高規(guī)還規(guī)定其樓層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于相鄰上部樓層的60。這一項(xiàng)SATWE軟件并沒(méi)有直接輸出結(jié)果，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)程序輸出的

15、每層剛度單獨(dú)計(jì)算。例如本工程計(jì)算結(jié)果如下： 1.3433×107（1.4179×107）94.74>60 滿足規(guī)范要求。 地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端的判斷： a)采用地震剪力與地震層間位移比 4.7283×107（1.7251×107）2.742 地下室頂板能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端 b)采用剪切剛度比 11.444×107（9.0995×107）1.252 地下室頂板不能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端 SATWE軟件計(jì)算剪彎剛度時(shí)，H1的取值范圍包括地下室的高度，H2則取等于小于H1的高度。這對(duì)于希望H1的值取自0.00以上的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，或者將地下室去掉，重新計(jì)算剪彎剛度，或者根據(jù)程序輸出的剪彎剛度，人工計(jì)算剛度比。以本工程為例，H1從0.00算起，采用剛度串模型，計(jì)算結(jié)果如下： 轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)為6層（含地下室），轉(zhuǎn)換層下部起止層號(hào)為36，H1=21.9m，轉(zhuǎn)換層上部起止層號(hào)為713，H2=21.0m。 K1=1/(