PKPM之設計講座

1、剪力墻邊緣構件的設計 邊緣構件部位及要求 （1）高規(guī)的7.2.15條規(guī)定，抗震設計時，一、二級剪力墻結構底部加強部位及以上一層的墻肢設置約束邊緣構件，一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設計的剪力墻墻肢均應設置構造邊緣構件。 （2）對于這兩類邊緣構件，程序都可以通過自動搜索確定。邊緣構件的一些特征尺寸、主筋面積、箍筋面積或者配箍率，用戶都可以在邊緣構件簡圖中看到。邊緣構件的配筋 新規(guī)范程序對于剪力墻配筋結果的表示提供兩張圖，一張是配筋簡圖中對于各個直線剪力墻段的配筋結果，另一張是邊緣構件配筋結果。值得注意的是：直線剪力墻段的暗柱主筋給出的是計算值，如果計算值小于零則取零，并不考慮構造要

2、求；而邊緣構件簡圖中的配筋結果則同時考慮了鋼筋計算值和構造值，也即二者當中取大。簡言之，剪力墻的配筋結果以邊緣構件簡圖為準，直線剪力墻段的配筋圖僅供校核之用。 邊緣構件設計及存在的問題 （1）軟件采取這種直線段的配筋，再考慮交叉點鋼筋的組合，這樣交叉點的鋼筋即邊緣構件的配筋是偏大的，有時這種偏大是不可容忍的，尤其在端部存在邊框柱時。 （2）一種合理的配筋模式是考慮直線配筋墻段的面外翼緣的作用，如L形節(jié)點處要互為翼緣，取大配筋即可，邊框柱亦應與直線配筋墻段共同組合內力、作為一個整截面配筋。 （3）對于斜交墻肢的端部、弧墻等，這類剪力墻的配筋方法，目前仍沒有好的方法解決。對剪力墻用應力配筋的模式是

3、解決各種形式剪力墻配筋的一個方向，也是一個較為徹底的解決方案?？蚣芗袅Y構設計 （1）一般框剪結構恒載計算應選擇“模擬施工1”；（2）按高規(guī)有0.2Qo的調整，此時程序自動放大梁柱的地震彎矩和剪力；（3）框架部分底層承受地震傾覆彎矩，應滿足小于50%的規(guī)范要求，否則應按框架結構分析的抗震等級設置；（4）框剪結構，程序自動把柱軸壓比放松0.05；（5）一端與柱一端與墻相連的梁，也可以按連梁設計；（6）可以選擇“模擬施工2”用于傳基礎力；（7）一些內筒外框、筒中筒等結構，程序也認為是框架剪力墻結構，所以也要符合框剪結構的要求；（8）框筒結構，由于結構的扭轉剛度都集中在內筒，結構扭轉周期往往靠前，

4、不滿足新高規(guī)周期比的要求。所以要特別注意剛度的布置位置、方向等；（9）周期比不滿足要求的結構，應增加結構外部的剛度，如：在角部加剪力墻等；（10）對于0.2Qo調整，一般可只在底部幾層進行或按新高規(guī)分段調整。尤其對有內收的結構，一般只調整到內收層為止；（11）對框架支撐體系的鋼結構，可以認為屬于框剪結構，所以按高鋼規(guī)，有25%Qo的調整要求；（12）有關剪力墻的設計要求見下節(jié)“剪力墻結構設計”。剪力墻結構設計 加強區(qū)與約束邊緣構件剪力墻加強區(qū)及約束邊緣構件的確定，軟件按以下幾點控制：（1）加強區(qū)按規(guī)范要求取1/81/10的結構總高度，并不小于2層；（2）在加強區(qū)及以上一層為約束邊緣構件；（3）

5、加強區(qū)的設計調整系數(shù)與非加強區(qū)不同；（4）地下室程序自動認為是加強區(qū)，也可用人工指定加強區(qū)的起算層號的手段來指定地下室為非加強區(qū)；（5）有地下室時，程序自動扣除地下室的高度計算加強區(qū)；（6）新高規(guī)規(guī)定加強區(qū)都為約束邊緣構件，新抗震規(guī)范則規(guī)定在加強區(qū)是否為約束邊緣構件由軸壓比控制，程序按新高規(guī)的要求操作、控制。當結構層數(shù)較少，或剪力墻的軸壓比很小時，軟件仍按新高規(guī)的要求設計約束邊緣構件；（7）剪力墻單肢軸壓比，按1.2倍重力荷載代表值計算；（8）加強區(qū)的確定有局限，應按需要在設計時自行調整、修正；（9）剪力墻的間跨比按最大剪力組合時那組的內力計算、控制。邊緣構件設計注意事項 剪力墻邊緣構件的設計

6、與剪力墻端部的配筋計算目前是有較大差異的，即配筋按直線段而邊緣構件按組合墻段之間的矛盾。在下一版的軟件中，將改變這一問題。邊緣構件的設計要注意以下幾點：（1）剪力墻按單肢墻端部計算配筋，按邊緣構件的組合墻設計配筋；（2）當墻肢長度不大于3倍的墻厚時，按柱配筋，此時水平筋可以理解為箍筋，但注意軸壓比仍按墻計算；（3）當兩個邊緣構件靠的很近時，程序會自動考慮合并；（4）邊框柱作為剪力墻的一部分與墻共同工作，邊框柱按柱配筋作為參考，軸壓比也僅為參考，視具體情況而定；邊框柱合理的配筋是與組合墻一起整體受力、配筋；（5）邊緣構件的配筋，尤其是L形端部，按分段直線段配筋有時過大，可以考慮鋼筋的共用，如考慮

7、翼緣的作用，兩個方向的配筋可以取大值，至少可以減去中間部分的鋼筋面積；（6）邊緣構件中的箍筋按構造要求配置，尤其是一、二級抗震等級的邊緣構件；（7）邊緣構件的配筋應參考邊緣構件配筋簡圖，而在單肢墻配筋簡圖中輸出實際需要的配筋面積，小于0取0，水平分布筋仍在單肢墻配筋簡圖中輸出、參考。短肢剪力墻結構設計規(guī)程相關規(guī)定 高規(guī)第7.1.2條規(guī)定了高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構。短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構，并且應符合一系列規(guī)定。第7.1.3條規(guī)定了B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，不應采用第

8、7.1.2條規(guī)定的具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。 短肢剪力墻結構的定義（1）短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為58的剪力墻； （2）高層建筑結構不應采用全部短肢剪力墻的剪力墻結構。（3）短肢剪力墻較多時，應布置筒體（或一般剪力墻），形成短肢剪力墻與筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結構；短肢剪力墻結構的必要條件 抗震設計時，筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于結構總底部地震傾覆力矩的50%；短肢剪力墻結構的應用范圍（1）B級高度高層建筑和9度抗震設計的A級高度高層建筑，即使置筒體，也不能采用；（2）其最大適用高度比高規(guī)表4.2.2-1中剪力墻結構的規(guī)定值適當降低

9、，且7度和8度抗震設計時分別不應大于100m和60m；（3）如果在剪力墻結構中，只有個別小墻肢，不應看成短肢剪力墻結構而應作為一般剪力墻結構處理。短肢剪力墻結構的抗震加強（1）抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比高規(guī)4.8.2規(guī)定的剪力墻的抗震等級提高一級采用；（2）抗震設計時，各層短肢剪力墻在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一、二、三時分別不宜大于0.5、0.6和0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力墻，其軸壓比限值相應降低0.1；（3）抗震設計時，除底部加強部位應按高規(guī)7.2.10條調整剪力設計值外，其它各層短肢剪力墻的剪力設計值，一、二級抗震等級應分別乘以增大系

10、數(shù)1.4和1.2；（4）抗震設計時，短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強部位不宜小于1.2%，其它部位不宜小于1.0%；（5）短肢剪力墻截面厚度不應小于200mm；（6）7度和8度抗震設計時，短肢剪力墻宜設置翼緣。一字形短肢剪力墻平面外不宜布置與之單側相交的樓面梁。 （7）高規(guī)7.2.1條文規(guī)定了帶有筒體和短肢剪力墻的剪力墻結構的混凝土強度等級不應低于C25。弱短肢剪力墻（截面高厚之比小于5的墻肢） 高規(guī)7.2.5條文規(guī)定了不宜采用墻肢截面高度與厚度之比小于為5的剪力墻；當其小于5時，其在重力荷載代表值作用下產生的軸力設計值的軸壓比，抗震等級為一級（9度）、一級（7、8度）、二級、三

11、級時分別不宜大于0.3、0.4、0.5和0.6。短墻（截面高度之比不大于3的墻肢） 高規(guī)7.2.5條文和抗震規(guī)范6.4.9條文規(guī)定剪力墻的截面高度與厚度之比不大于3時，應按柱的要求進行設計，底部加強部位縱向鋼筋的配筋率不應小于1.2%，其它部位不應小于1.0%，箍筋應沿全高加密。短肢剪力墻結構設計 高規(guī)提出了“短肢剪力墻結構”的概念，那么在設計中如何體現(xiàn)、把握短肢剪力墻結構的要求，用軟件時應注意以下幾點：（1）短肢剪力墻結構，其首先應是全剪力墻結構；（2）短肢剪力墻結構中，應有足夠的長肢剪力墻；（3）當結構形式符合短肢剪力墻結構形式后，才能在軟件“總信息”參數(shù)的結構體系中，定義結構為“短肢剪力

12、墻結構”；（4）短肢剪力墻結構中的短肢墻，在設計時其“抗震等級”，軟件自動提高一級；（5）短肢剪力墻結構中筒體和一般剪力墻需符合不宜小于50%總傾覆彎矩的要求；（6）短肢剪力墻結構中的短肢墻，在設計時其非加強區(qū)，軟件自動乘以相應剪力設計增大系數(shù)。 有上述可知，短肢剪力墻結構其實并不多，規(guī)范對其設計要求比較嚴格。對一些采用異形柱框架加短肢剪力墻的結構，或全部都是短肢剪力墻的結構，不能定義為“短肢剪力墻結構”。多層及高層鋼結構分析設計技術要點（1）在軟件編制中按照建筑結構荷載規(guī)范、建筑抗震設計規(guī)范、鋼結構設計規(guī)范及高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程對鋼構件進行截面相應的截面強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗算

13、。（2）按高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程計算地震力和地震參數(shù)，可對鋼柱進行0.25Q0的基底剪力調整。（3）在抗震規(guī)范的第八章中，對鋼柱、鋼梁和鋼支撐以強制條文的方式，規(guī)定了桿件的寬厚比、高厚比和長細比，所以當遇到不滿足強制性條文的規(guī)定時，軟件將嚴格報錯，以提示用戶注意。 鋼結構的整體分析（1）鋼結構的整體分析與混凝土結構一樣，不但要滿足抗震規(guī)范的相應條文，如：最小基底剪力、薄弱層、層剛度比、位移比、周期比、最大位移角等等控制，還應該根據(jù)鋼結構變形較大的特點，考慮偶然偏心、雙向地震、二階變形效應，如：P-效應。對重要的結構還應考慮彈塑性變形分析，如：彈塑性動力時程分析、彈塑性靜力推覆分析。（2）當

14、鋼結構是由空間桿件組成，帶有大量的空洞、交錯結構、空間斜交結構，空間弧形構件、支架、塔架、桁架、屋架等等，在分析時會產生大量的獨立的“彈性節(jié)點”，這就要求在建模、分析時注意：復雜構件連接應盡量選擇空間整體建模，如SPASCAD；整體分析時振型數(shù)應取得足夠的多，應以“有效質量系數(shù)”大于90%為滿足依據(jù)。（3）由于鋼的彈性模量比混凝土大的多，對純鋼結構可以按“一次性加載”計算恒載。鋼結構允許變形大,分析時最好考慮P-效應，以對這種較大變形進行補充計算。考慮P-效應后，水平位移增大約5%10%。一般當桿間位移角大于1/250時應該考慮P-效應。（4）鋼柱的“有側移”、或“無側移”選擇，可以按以下原則

15、考慮：（A）當樓層最大桿間位移小于1/1000時，可以按無側移設計；（B）當樓層最大桿間位移大于1/1000但小于1/300時，柱長度系數(shù)可以按1.0設計；（C）當樓層最大桿間位移大于1/300時，應按有側移設計。（5）目前軟件沒有考慮鋼梁柱節(jié)點的剪切變形，可以通過加強鋼柱的節(jié)點域，如在節(jié)點中間夾焊綴板等方法，來提高節(jié)點域的剛度，減少節(jié)點域的剪切變形。這一點對H型鋼的柱節(jié)點尤其重要，在高層鋼結構設計中也是要重點關注的。鋼結構的位移控制（1）抗震規(guī)范規(guī)定，當?shù)卣鹆ψ饔孟碌奈灰茟∮?/300，當結構為高層鋼結構時，可以放松到1/250。同時還應考慮舒適度的要求，控制頂點的加速度值。（2）同樣鋼結

16、構也應該有偶然偏心、雙向地震，并且位移控制也要考慮偶然偏心和雙向地震。鋼構件的設計控制（1）當為轉換層結構時，對轉換構件也要在“特殊構件”中按“轉換梁”、“框支柱”定義，軟件在計算時將考慮規(guī)范的要求，對轉換梁、框支柱進行地震內力放大。（2）對于按支撐輸入的斜柱，應在“特殊構件”定義中把其兩端的連接屬性改為兩端剛節(jié)，這樣斜柱將按支撐和柱設計驗算取大值。同樣當鋼梁產生軸力時，鋼梁也應按鋼柱的方式驗算強度、穩(wěn)定，與受彎構件的驗算比較取大值控制。而且對兩端鉸接梁還要按照水平支撐的要求，按支撐的方式驗算。（3）對于混合結構，其中的鋼結構部分應按要求進行分析演算，對混凝土部分則應參照有關相應的規(guī)范進行設計

17、驗算。帶吊車荷載作用的結構設計吊車荷載說明（1）在TAT和SATWE的吊車荷載計算中，沒有考慮吊車荷載對吊車梁的影響，即沒有按照影響線的方式考慮吊車梁，吊車梁應采用其它軟件專門分析。所以TAT和SATWE所分析的吊車荷載適用除吊車梁以外的其余構件。（2）軟件要求根據(jù)吊車的形式，如對各種軌道、輪壓點的吊車，給出最大輪壓反力（或作用）及最小輪壓反力（及作用），不論該吊車運行軌道上有幾部吊車，均按這個方式給出。（3）在一對軌道內的吊車荷載稱為第1組吊車荷載（不論該對軌道內有幾部吊車），第二對吊車軌道則可以定義第2組吊車荷載等等。（4）縱上所述，吊車的論壓荷載是一個綜合的作用反力，它是需要通過對吊車梁

18、、柱的影響線分析才能得到的。也可以在一些設計手冊中查找。（5）吊車水平剎車力作用在上層的柱中間。 吊車荷載的計算模型 由于吊車荷載作用在吊車柱的牛腿上，所以在牛腿處應該設置一個標準樓層，并且在沿吊車運行軌跡方向應定義框架梁，如吊車柱在吊車運行軌跡方向沒有框架梁，也應把吊車梁作為兩端鉸接梁輸入，吊車荷載的移動順序是通過軌跡上的梁所確定的，這是吊車運行軌跡方向必須布置梁的原因。 吊車荷載的計算 吊車荷載的作用點就是與吊車軌道平行的柱列各節(jié)點，它是根據(jù)吊車軌跡由程序自動求出。在TAT、SATWE軟件中選擇“吊車荷載計算”，則對吊車荷載作如下計算：（1）程序沿吊車軌跡自動對每跨加載吊車作用；（2）求出

19、每組吊車的加載作用節(jié)點；（3）對每對節(jié)點作用4組外力，分別為：a.左點最大輪壓、右點最小輪壓；b.右點最大輪壓、左點最小輪壓；c.左、右點正橫向水平剎車力；d.左、右點正縱向水平剎車力；（4）對每組吊車的每次加載，求每根桿件的內力；（5）分別按輪壓力和剎車力，求每根柱的預組合力，預組合力的目標為：最大軸力、最大彎矩等。合理的計算模型（1）在吊車荷載作用的有牛腿的樓層應一般沒有樓板，所以應考慮該層的節(jié)點為“彈性節(jié)點”即不受剛性樓板假定的制約。即使是多層工業(yè)廠房，在吊車柱的外邊有樓板，也要按“彈性樓板”考慮，或者不考慮樓板的存在和作用，這樣可以比較安全地求出水平剎車力對上下梁的影響。（2）當?shù)踯囍?/p>

20、之間設有交叉支撐時，必須考慮支撐的作用，在吊車柱的設計中，可適當減少吊車柱在支撐布置方向的長度系數(shù)。（3）注意：當這種結構產生了多個“彈性節(jié)點”后，地震振型數(shù)就要增加。振型分析也應該采用“總剛模型”。預組合目標吊車柱預組合目標共14項： （1）Vxmax、（2）Vymax、（3）+Mxmax、（4）-Mxmax、（5）+Mymax、（6）-Mymax、（7）Nmax,+Mxmax、（8）Nmax,-Mxmax、（9）Nmax,+Mymax、（10）Nmax,-Mymax、（11）Nmin,+Mxmax、（12）Nmin,-Mxmax、（13）Nmin,+Mymax、（14）Nmin,-Myma

21、x吊車荷載作用下梁的預組合目標為： （1）+Mmax/T、（2）-Mmax/T、（3）-Vmax/N預組合方式（1）吊車柱預組合分別有“只考慮輪壓的預組合力”和“考慮輪壓加剎車的預組合力”。預組合1 是吊車的“輪壓+剎車”內力組合；預組合2 是吊車的“輪壓”內力組合。（2）梁預組合也按照“只考慮輪壓的預組合力”和“考慮輪壓加剎車的預組合力”這兩種情況搜索出梁的包絡內力，即為：預組合1 輪壓+剎車包絡內力；預組合2 輪壓包絡內力。吊車荷載的組合方式（1）當結構考慮吊車計算時，吊車荷載作為可變荷載的一種類型，按上節(jié)的組合原則對吊車荷載作用進行相應組合。（2）在有活荷載參與的組合中，把樓面的豎向作用

22、活荷載產生的內力與各個吊車荷載預組合內力疊加，產生新的活荷載，再與恒載、地震力組合，產生組合設計內力，對構件進行配筋、驗算等操作。（3）吊車荷載的組合系數(shù)與樓面豎向活荷載一樣，即為：L。吊車荷載結構的設計注意事項 TAT、SATWE可以分析帶吊車的結構。但有以下幾個問題：（1）地震分析時，沒有計入吊車的橋架重和吊重；（2）沒有考慮吊車梁的作用；（3）吊車柱的配筋，沒有考慮排架的長度系數(shù)。 因為吊車的橋架重和吊重是移動荷載，所以很難確定質量的位置，在地震分析中這部分的質量沒有計入，則計算地震作用局部算小了，可以通過地震作用放大來彌補這個問題。 對于吊車梁，當排架中間有框架梁，則應輸入該框架梁，否

23、則應把吊車梁按兩端鉸接梁定義、輸入。在用TAT、SATWE分析時，排架柱之間必須要有梁才能正確分析。 排架柱的計算長度可以人工修正，因此在用軟件設計中要注意以下幾點：（1）對于重型吊車、排架結構應用PK計算；（2）TAT、SATWE適用于中、輕型的吊車分析，特別是多層結構中帶吊車的結構形式；（3）吊車分析以每對軸線為準，程序自動搜索每對軸線上的吊車柱，并成對作用；（4）注意定義吊車的參數(shù)及含義；（5）TAT、SATWE只計算吊車柱，并生成柱的預組合力；（6）吊車柱的配筋考慮了剎車+輪壓、輪壓的不同組合；（7）吊車柱的長度系數(shù)應由用戶自行修正。結構薄弱層的概念和控制結構層剛度沿豎向突變產生的薄弱

24、層 （1）高規(guī)的4.4.2、5.1.14條規(guī)定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側向剛度平均值的80%，或某樓層豎向抗側力構件不連續(xù)，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)。 （2）另外高規(guī)附錄E.0.2條規(guī)定，當?shù)撞繋мD換層高層建筑結構的轉換層設置在3層及3層以上時，其樓層側向剛度尚不應小于相鄰上部樓層側向剛度的60%?？拐鹨?guī)范附錄E2.1規(guī)定，筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2。 軟件實現(xiàn) 規(guī)范對結構的層剛度有明確的要求，在判斷樓層是否為薄弱層時，抗震規(guī)范和高規(guī)建議的計算層剛度的下列方法（地下室是否能作為嵌固端、轉

25、換層剛度是否滿足要求等，都要求有層剛度作為依據(jù)）：方法1：高規(guī)附錄E.0.1建議的方法剪切剛度：Ki = Gi Ai / hi方法2：高規(guī)附錄E.0.2建議的方法剪彎剛度：Ki = Vi / i方法3：抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明及高規(guī)建議的方法地震剪力與地震層間位移的比：Ki = Vi / i對于薄弱層： （1）程序將該層地震作用標準值的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)；（2）程序設有指定薄弱層項。用戶可手工指定薄弱層；（3）這三種計算方法有差異是正常的，可以根據(jù)需要選擇；（4）對于大多數(shù)一般的結構應選擇第第3種層剛度算法；（5）對于多層結構可以選擇第1種種層剛度算法；（6）對于有

26、斜支撐的鋼結構可以選擇第2種層剛度算法。選擇第3種方法計算層剛度和剛度比控制時，一般要采用“剛性樓板假定”的條件。對于有彈性板或板厚為零的工程，應計算兩次。在剛性樓板假定條件下計算層剛度并找出薄弱層。再在真實條件下計算，并且檢查原找出的薄弱層是否得到確認，完成其它計算。轉換層是樓層豎向抗側力構件不連續(xù)的薄弱層。不管該層程序判斷是否滿足剛度比要求，用戶都應將該層手工置為“薄弱層”。第3種方法適用于所有結構類型計算剛度比及薄弱層，且比其它二種方法更易通過剛度比驗算。結構樓層受剪承載力沿豎向突變產生的薄弱層高規(guī)的4.4.3、5.1.14條規(guī)定，A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小于其上一層受剪承載力的75%?？拐鹪O計的高層建筑結構，結構樓層層間抗側力結構的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)。程序無自動進行樓層層間受剪承載力不滿足的判斷的功能。用戶在確定某層抗側力結構的受剪承載力小于其上一層的80%時，應將該層手工設置為薄弱層。結構彈塑性變形驗算 結構彈塑性變形驗算，指罕遇地震下結構層間位移不超過彈塑性層間位移角，屬變形能力極限