pkpm錯層結構的建模方式

1、錯層結構是指在建筑中同層樓板不在同一高度,并且高差大于梁高（或大于500mm）的結構類型.錯層結構由于樓板不連續(xù)，會引起構件內(nèi)力分配及地震作用沿層高分布的復雜化,錯層部位還容易形成不利于抗震的短柱和矮墻,屬于復雜多高層結構,因此錯層結構在建模,計算 ,出圖等各個設計環(huán)節(jié)上都有其特殊性,比平層結構的設計要困難得多.下面結合PKPM軟件，談談錯層結構設計分析中應注意 的問題 .1 錯層結構的建模方式1.1 錯層框架結構建模1. 修改 xx 標高方式該方式適用于僅有個別樓層的個別房間錯層的情況.PMCAD提供了【上節(jié)點高】,【錯層斜梁】及單擊鼠標右鍵的快捷構件修改方式,來指定或修改梁兩端的標高，使部

2、分房間周邊的梁與同樓層其他梁標高不同.根據(jù)PKPM軟件自動生成樓板,且樓板標高總與周邊梁標高對齊的規(guī)律,使得這部分房間樓板標高也與該樓層其他樓板標高不同,從而實現(xiàn)了錯層設計.2.增加標準層方式該方式適用于很多樓層大量房間錯層的情況.如果仍然使用修改梁標高的方式，雖然可行，但手工計算錯層標高繁冗易出錯，修改的工作量太大.在PMCAD模型 輸入時,結構層的劃分原則是以樓板為界,通過增加標準層,將錯層部分的樓板人為地分開,實現(xiàn)相同樓層梁板標高不同的目的.該方式在工程中廣泛應用,下面舉例說明該類錯層結構的建模過程.某框架錯層結構（圖 1）,平面可均勻地劃分為左 ,中,右三部分.左邊1層，層高5m;中間

3、2層，層高4m;右邊2層，層高3m.該錯層結構由于有 5 個不同標高的樓板,通過增加標準層后按5 個標準層建立模型,樓層的層高取各樓板的高差,建模時僅復制軸網(wǎng),梁和柱的布置范圍按表1 操作 .模型各樓層數(shù)據(jù)表1樓層號層高（m）柱布置范圍xx布置范圍層 1 3全部右邊層 2 1 全部中間層 3 1 全部左邊層 4 1 中間和右邊層 5 2 中間1.2 錯層剪力墻結構建模錯層剪力墻結構也采用增加標準層的方式 ,但由于結構中沒有梁,不能以梁確定樓板的標高;同時因為墻在立面上是連續(xù)的,也不能以墻確定樓板的標高.樓層標高應通過【樓層組裝】命令在樓層表中設定,程序自動在指定標高處布置整層樓板,而錯層結構中

4、沒有樓板的部分,可以用【樓板開洞/全房間洞】命令將其設置為洞口 ,或用【修改板厚】命令將板厚設定為0.這兩條命令在開洞效果方面完全一致,不同之處僅在于前者在開洞處沒有板荷載,而后者保留了開洞處的荷載,設計人員可以靈活選用.1.3 錯層框剪結構建模可綜合采用錯層框架結構和剪力墻結構的方法 .1.4 錯層砌體結構建模單從建模角度看,錯層砌體結構可以采用錯層混凝土剪力墻的建模方式;但從設計角度看,由于砌體結構按規(guī)范要求應采用基底剪力法作分析,而基底剪力法僅適用于平面規(guī)則對稱的結構,不適用于錯層結構分析.因此在抗震設防烈度較高的地區(qū),不宜設計帶錯層的砌體結構.如樓板高差小于500mm,砌體結構可按沒有

5、錯層設計;如樓板高差大于500mm，可通過設縫將錯層砌體結構轉(zhuǎn)換為不帶錯層的 結構 .1.5 錯層多塔結構建模錯層多塔結構建模時，可以先用PMCAD按相同的樓層標高建立多塔模型，再 利用SATWEB處理"多塔結構補充定義"中的【多塔立面/修改參數(shù)】命令，將各 塔樓的相關塔段設定為不同的層高 .1.6 建模注意事項(1)PM1 中的【布層間梁】命令不是用來做錯層結構的 ,其僅用于布置樓層之 間的梁(如工業(yè)廠房的圈梁),該梁上不生成樓板.(2)PM2 中的【樓板錯層】命令主要用于設定部分房間樓板不同于本層標高 , 且高差較小的情況(如衛(wèi)生間),而不能改變梁的標高,且僅對施工圖有

6、效,對計算沒有影響 ,不能用于建立錯層模型.2 錯層結構的計算分析2.1 錯層對結構抗震性能的不利影響1)錯層結構的樓板不連續(xù),在沒有樓板的區(qū)域,存在躍層構件和不受樓板和梁約束的自由節(jié)點 ,使內(nèi)力計算十分復雜.2)錯層結構的各層樓板布置不均勻,不對稱 ,質(zhì)心和剛心嚴重偏置,在水平地震作用或風荷載下會發(fā)生較大的扭轉(zhuǎn)效應.3)錯層結構引起樓層概念模糊 ,如例題本來是2層的框架結構,由于建模和計算的需要人為地變成了 5 層 ,使以層模型為基礎的計算分析與實際不符.4)錯層結構的層高不一致 ,容易造成延性較差的短柱和矮墻,對結構抗震很不利 .2.2 錯層結構計算分析中應注意的問題(1)根據(jù)規(guī)范精神,錯

7、層結構中,錯開的樓層應各自參加結構整體計算,不應歸并為一層計算.但各自獨立計算的錯層樓板不宜簡單地按"剛性樓板 "假定計算 ,特別是樓板被洞口切分成狹長板帶時 ,應考慮樓板面內(nèi)剛度消弱的影響 .建議將這些 樓板設定為“彈性膜"，用SATW印算時選擇"總剛分析方法"，將按兩種模型定義的 樓板的計算結果進行分析對比 .(2)在沒有樓板的區(qū)域可能存在大量的躍層豎向構件和不受梁板約束的自由節(jié)點 ,因此 "計算振型個數(shù)"需要增多 ,以保證有效質(zhì)量系數(shù)大于0.9.(3)錯層結構屬于復雜多高層結構,抗震計算時應選擇"考慮雙向地震

8、作用 "如是高層錯層結構，還應選擇“考慮偶然偏心”.新版SATWES序允許同時選擇以上兩 項 ,程序分別計算,取不利情況.(4)錯層結構層高不一致,使有關樓層間的控制參數(shù),如層間位移比,層間剛度比 ,層間受剪承載力比等計算失真,因此不宜機械地直接采用這些數(shù)值, 而應加以分析判斷和手工校核調(diào)整,確定其是否合理.(5)SATWEM自動搜索錯層結構中的躍層柱及正確設定其計算長度系數(shù)，但內(nèi)力和配筋只能按樓層分段描述,設計人員可取各段配筋中的最大值出圖 .(6)目前SATW豉有自動搜索分析短柱和矮墻的功能，需要設計人員手工對這 些容易發(fā)生脆性破壞的構件采取特別的加強措施.(7)考慮到錯層結構計

9、算分析的復雜性和不確定性，除了用SATWE?軟件進行 常遇地震下的彈性計算以外，必要時還應采用EPDA程序進行彈塑性動力時程分 析和Pushover彈塑性靜力分析，以便對比驗算及找出需要加強的薄弱部位.(8)帶轉(zhuǎn)換層,加強層,連體 ,多塔等情況,或建筑各部分層數(shù),結構布置或剛度等有較大不同的錯層高層結構,即屬于明顯不規(guī)則的復雜高層建筑,根據(jù)建設部令第111 號的精神,應進行專項審查,這是保證錯層結構設計質(zhì)量的重要措施.3 錯層結構的方案選擇和抗震構造措施由于錯層結構在很大程度上違反了計算分析程序的基本假定,使有限元計算未必能得到與實際工程相符的合理結果.如能回避 ,應盡量采用沒有錯層結構的設計

10、方案.如不能回避,對錯層結構更應當強調(diào)概念設計,方案選擇和抗震措施的重要性.3.1 盡可能選擇沒有錯層的設計方案高規(guī) (JGJ3-2002)3.1.1 1 條規(guī)定 ,抗震設計時,高層建筑宜避免錯層,可以參考以下辦法:1)如結構的錯層樓板高差不大于梁高(或不大于500mm)時，可忽略樓板的高差，按沒有錯層 計算.2)當結構僅有錯層梁而沒有錯層樓板時，可以在PKPM中用布置層間梁的方式建模,按非錯層結構進行計算.3）當房屋不同部位因功能不同使樓層錯層時,宜采用防震縫劃分為獨立的結構單元,分別按非錯層結構計算.4）多塔結構各塔層高不一致時，由于SATW策序可以分別定義各塔層高及整體計算分塔輸出結果，

11、使這類錯層多塔結構的建模和計算變得相對方便.3.2 優(yōu)化錯層結構設計方案1）在有可能的情況下,盡量減少錯層的范圍和錯層的樓層數(shù).2）錯層兩側(cè)宜采用結構布置和側(cè)向剛度相近的結構體系.3）錯層建筑應盡可能采用抗震性能好的混凝土剪力墻結構,而不宜采用框架結構（例題僅為說明錯層的建模方式,沒有推薦之意 ）.4）錯層處宜設置通高核心筒,其余部位布置帶翼緣的剪力墻,錯層處的剪力墻應少開洞,并布置邊框柱和邊框梁.5）錯層樓板應盡量避免"一錯到頂 ",可以每隔幾個錯層布置整層貫通樓板，板厚不小于150mm,雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋 網(wǎng)的配筋率不宜小于0.25%.3.3 強化錯層結構的抗震構造措施（1）高層建筑錯層處框架柱的截面高度不應小于600mm，混凝土不應低于C30,抗震等級應提高一級采用 ,箍筋應全柱段