KM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件高級(jí)研討班相關(guān)專題講義

PAGE系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件高級(jí)研討班相關(guān)專題講義編寫說明新規(guī)范設(shè)計(jì)軟件投入使用已一年多，很多用戶對(duì)新規(guī)范條文盲目選擇而造成嚴(yán)重的計(jì)算誤差。為此，中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所已舉辦了PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的高級(jí)研討班。研討班重點(diǎn)講解了各種新規(guī)范條文應(yīng)用時(shí)必須滿足的相關(guān)條件，講解各類參數(shù)的合理選擇和設(shè)置，正確的操作步驟，結(jié)果解讀和注意事項(xiàng)等。研討班中還針對(duì)收集、整理的大量用戶使用中的共性問題，如建筑結(jié)構(gòu)分析中樓板剛度的合理假定，結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，結(jié)構(gòu)薄弱層的概念和控制，上部結(jié)構(gòu)與地下室共同工作分析及地下室設(shè)計(jì)，剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì)，帶轉(zhuǎn)換層高層結(jié)構(gòu)的分析，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多塔樓、錯(cuò)層及設(shè)縫結(jié)構(gòu)的分析，多高層結(jié)構(gòu)的彈塑性分析，非荷載作用，帶吊車荷載作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工業(yè)廠房設(shè)計(jì)，砌體和底框－抗震墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，作了專題講座，具體講解了軟件的解決方案。為便于使用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件從事建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)文件審查的相關(guān)人員更好地了解相關(guān)專題內(nèi)容，現(xiàn)將相關(guān)專題的部分講義經(jīng)整理、修訂后匯編成冊(cè)。由于時(shí)間倉(cāng)促，本講義難免有錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，歡迎廣大用戶隨時(shí)將發(fā)現(xiàn)的問題函告我們，以便進(jìn)一步修改、補(bǔ)充。PAGEV目錄專題一建筑結(jié)構(gòu)分析中樓板剛度的合理假定 -1-1概述 -1-2樓板剛度的各種假定 -1-2.1樓板的特點(diǎn) -1-2.2有關(guān)規(guī)定 -1-2.3剛性樓板假定 -2-2.4彈性樓板6 -2-2.5彈性樓板3 -3-2.6彈性膜 -3-2.7彈性樓板單元 -3-3結(jié)束語(yǔ) -4-4參考文獻(xiàn) -4-專題二結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù) -5-1規(guī)范、規(guī)程相關(guān)規(guī)定 -5-2結(jié)構(gòu)自由度數(shù) -5-2.1側(cè)剛模型 -5-2.2總剛模型 -6-3結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù) -6-3.1地震作用和作用效應(yīng) -6-3.2選取足夠的結(jié)構(gòu)振型數(shù) -7-3.3振型參與質(zhì)量 -7-3.4選取原則 -7-3.5程序操作步驟 -8-3.6關(guān)聯(lián)操作 -8-3.7結(jié)果說明 -8-4工程實(shí)例計(jì)算分析 -8-專題三結(jié)構(gòu)薄弱層的概念和控制 -11-1結(jié)構(gòu)層剛度沿豎向突變產(chǎn)生的薄弱層 -11-1.1規(guī)范條文 -11-1.2軟件實(shí)現(xiàn) -11-1.3操作方法 -12-1.4關(guān)聯(lián)操作 -13-1.5結(jié)果說明 -13-2結(jié)構(gòu)樓層受剪承載力沿豎向突變產(chǎn)生的薄弱層 -14-2.1規(guī)范條文 -14-2.2軟件實(shí)現(xiàn) -15-2.3操作方法 -15-2.4結(jié)果說明 -15-3結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗(yàn)算 -15-3.1驗(yàn)算范圍 -16-3.2彈塑性變形計(jì)算方式 -16-3.3彈塑性層間位移的簡(jiǎn)化方法 -17-專題四上部結(jié)構(gòu)與地下室共同工作分析及地下室設(shè)計(jì) -21-1概述 -21-2建議的分析模型 -21-3恒活、風(fēng)荷載和地震作用計(jì)算 -22-3.1恒、活荷載 -22-3.2風(fēng)荷載 -22-3.3地震作用 -23-4地下室抗震設(shè)計(jì) -23-4.1地下室的抗震等級(jí) -23-4.2設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn) -23-5地下室外墻平面外設(shè)計(jì) -24-6地下室人防設(shè)計(jì) -24-7結(jié)束語(yǔ) -25-8參考文獻(xiàn) -26-專題五剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)計(jì) -27-1墻正截面配筋計(jì)算 -27-1.1正截面承載力計(jì)算 -27-1.2墻最小配筋率 -27-2墻斜截面配筋計(jì)算 -27-2.1非抗震剪力墻斜截面設(shè)計(jì) -27-2.2抗震要求的剪力墻斜截面設(shè)計(jì) -28-2.3剪力墻分布筋構(gòu)造要求 -28-3剪力墻邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì) -28-3.1基本構(gòu)造要求 -28-3.2邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)和問題探討 -29-4框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -31-5剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -31-5.1加強(qiáng)區(qū)與約束邊緣構(gòu)件 -31-5.2邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) -32-6短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -32-專題六帶轉(zhuǎn)換層高層結(jié)構(gòu)的分析 -34-1轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型 -34-1.1梁托柱的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) -34-1.2框支剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) -34-1.3厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) -34-1.4超大梁轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) -35-1.5桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) -36-2轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制 -36-2.1條文規(guī)定及軟件操作 -36-2.2剛度控制及軟件輸出 -37-2.3剪力墻底部加強(qiáng)部位 -39-2.4抗震等級(jí) -40-2.5薄弱樓層地震剪力放大 -40-2.6樓層最小地震剪力系數(shù)控制 -40-2.7框剪結(jié)構(gòu)、框支結(jié)構(gòu)柱剪力調(diào)整 -41-3轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力調(diào)整 -41-3.1梁設(shè)計(jì)剪力調(diào)整 -41-3.2轉(zhuǎn)換梁地震內(nèi)力調(diào)整 -42-3.3柱設(shè)計(jì)內(nèi)力調(diào)整 -42-3.4框支柱地震內(nèi)力調(diào)整 -42-3.5剪力墻設(shè)計(jì)內(nèi)力調(diào)整 -42-4轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的二次分析 -43-4.1高精度平面有限元分析FEQ -43-4.2復(fù)雜樓板有限元分析SLABCAD -44-5有待深入研究的問題 -44-5.1轉(zhuǎn)換構(gòu)件的模型選取問題 -44-5.2轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的分析方法問題 -44-專題七短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -46-1規(guī)程相關(guān)規(guī)定 -46-1.1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的定義 -46-1.2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的必要條件 -46-1.3短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 -46-1.4短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震加強(qiáng) -46-1.5綜合：短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻分類表 -47-2程序?qū)崿F(xiàn) -48-3操作 -49-3.1設(shè)定‘短肢剪力墻結(jié)構(gòu)’ -49-3.2關(guān)聯(lián)操作 -49-3.3結(jié)果說明 -49-4工程實(shí)例 -51-專題八多塔樓、錯(cuò)層及設(shè)縫結(jié)構(gòu)的分析 -53-1概述 -53-2多塔樓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) -53-2.1針對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定 -53-2.2多塔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) -53-2.3多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算模型 -54-2.4多塔結(jié)構(gòu)補(bǔ)充定義 -55-2.5程序?qū)崿F(xiàn) -56-2.6應(yīng)用注意事項(xiàng) -57-3錯(cuò)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -57-3.1針對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定 -57-3.2錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的模型輸入 -57-3.3錯(cuò)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與程序?qū)崿F(xiàn) -58-3.4應(yīng)用注意事項(xiàng) -58-4設(shè)“縫”結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) -58-4.1有關(guān)規(guī)定 -58-4.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn) -59-4.3計(jì)算模型與程序?qū)崿F(xiàn) -59-5結(jié)構(gòu)頂部小塔樓的設(shè)計(jì) -59-6結(jié)束語(yǔ) -60-7參考文獻(xiàn) -60-專題九多高層結(jié)構(gòu)的彈塑性分析 -61-1結(jié)構(gòu)彈塑性分析的規(guī)范要求 -61-2彈塑性分析軟件EPDA&EPSA簡(jiǎn)介 -61-3彈塑性動(dòng)力分析軟件EPDA功能實(shí)現(xiàn) -63-4彈塑性靜力分析軟件EPSA功能實(shí)現(xiàn) -67-5如何有效地使用彈塑性分析軟件EPDA&EPSA -70-專題十非荷載作用 -73-1規(guī)范、規(guī)程相關(guān)規(guī)定 -73-2溫度應(yīng)力分析 -73-2.1分析情況 -73-2.2構(gòu)件溫差 -73-2.3程序?qū)崿F(xiàn) -74-2.4操作步驟 -74-3溫度收縮分析 -75-3.1收縮相對(duì)變形和收縮當(dāng)量溫差 -75-3.2非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù) -75-3.3程序?qū)崿F(xiàn) -77-3.4操作步驟 -77-4不均勻沉降分析 -77-4.1程序?qū)崿F(xiàn) -77-4.2操作步驟 -77-專題十一帶吊車荷載作用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -79-1吊車荷載的定義方式 -79-1.1軟件操作方式 -79-1.2吊車荷載說明 -81-2吊車荷載的計(jì)算模型 -81-2.1吊車荷載的計(jì)算 -81-2.2合理的計(jì)算模型 -82-3吊車作用效應(yīng)的預(yù)組合 -82-3.1預(yù)組合目標(biāo) -82-3.2預(yù)組合工況 -83-4預(yù)組合內(nèi)力與其它荷載的組合配筋 -84-4.1荷載組合原則 -84-4.2分項(xiàng)系數(shù)和組合系數(shù) -84-4.3偶然偏心、活載不利布置和其它可變荷載的內(nèi)力組合 -85-4.4吊車荷載的組合方式 -85-5吊車荷載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) -8572-專題一建筑結(jié)構(gòu)分析中樓板剛度的合理假定1概述當(dāng)今的結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，出現(xiàn)了各種形式的多塔、錯(cuò)層、帶轉(zhuǎn)換層、板柱、樓板局部開大洞的結(jié)構(gòu)類型，其平立面布置也越來越復(fù)雜，特別是北京申奧和上海申博的成功，使復(fù)雜的體育場(chǎng)館越來越多。在這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓板剛度的合理簡(jiǎn)化已成為決定分析效率、精度乃至可靠的一個(gè)重要因素。對(duì)樓板剛度考慮方式以及考慮程度的不同，一方面，會(huì)在提高計(jì)算精度的同時(shí)帶來因自由度的增多而使計(jì)算量大幅度地增加，導(dǎo)致計(jì)算效率降低；另一方面，有時(shí)也可能影響一些構(gòu)件的設(shè)計(jì)結(jié)果，如出現(xiàn)鋼筋混凝土梁的配筋減小等。在普遍采用CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的今天，如何適當(dāng)、合理地考慮樓板的剛度影響，是廣大設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重要問題之一。為解決上述問題，我們?cè)赟ATWE軟件中實(shí)現(xiàn)了四種樓板簡(jiǎn)化假定：剛性樓板、彈性樓板6、彈性樓板3和彈性膜的計(jì)算模式。在使用中用戶可根據(jù)工程實(shí)際情況，靈活應(yīng)用。對(duì)于同一個(gè)工程，可綜合采用一種假定，也可采用幾種不同的假定，追求的目標(biāo)是精度、效率和分析結(jié)果實(shí)用性以及可靠性的最優(yōu)組合。2樓板剛度的各種假定2.1樓板的特點(diǎn)在建筑結(jié)構(gòu)中，樓板主要承受豎向荷載作用。由于樓板既有平面內(nèi)剛度，又有平面外剛度，在水平力作用下，樓板對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度、豎向構(gòu)件和水平構(gòu)件的內(nèi)力又有一定影響。從理論上講，樓板可以采用平面板元或殼元來模擬。對(duì)于普通的樓板，一般來說其厚度不大，其變形滿足直法線假定，平面內(nèi)剛度和面外剛度相互獨(dú)立，可以分別采用平面應(yīng)力膜單元和板彎曲單元計(jì)算并符合疊加原理；若樓板厚度較大，如厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中的樓板，其變形不符合直法線假定，平面內(nèi)剛度和面外剛度相關(guān)，這時(shí)就不可以分別計(jì)算了。2.2有關(guān)規(guī)定在構(gòu)件內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)計(jì)算中，要盡可能按照結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況、特別應(yīng)適當(dāng)考慮樓板的具體特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確保分析結(jié)果的精度?！犊拐鹨?guī)范》第3.《高規(guī)》第4.3.6條規(guī)定，當(dāng)樓板平面比較狹長(zhǎng)、有較大的凹入和開洞而使樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮樓板削弱產(chǎn)生的不利影響?！陡咭?guī)》第5.1.2.3剛性樓板假定 對(duì)于剛性樓板假定，我們大家都非常熟悉，而且在工程設(shè)計(jì)計(jì)算中也經(jīng)常采用。剛性樓板假定實(shí)際上是建筑結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的一個(gè)特殊概念。其含義是假定樓板平面內(nèi)剛度無限大，平面外剛度為零。在采用樓板平面內(nèi)無限剛假定時(shí)，每塊剛性樓板有三個(gè)公共自由度(u、v、θz)，那么剛性樓板內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立自由度只剩下3個(gè)(θx、θy、w)了，這樣極大地減少了結(jié)構(gòu)整體自由度數(shù)，結(jié)構(gòu)分析工作得到很大程度的簡(jiǎn)化和效率的提高。這一優(yōu)點(diǎn)正是剛性樓板假定能夠被廣泛接受的重要原因，尤其使得在過去計(jì)算機(jī)硬件資源有限（內(nèi)存和硬盤存儲(chǔ)容量都不大）的情況下，進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)（高層、超高層）工程的分析成為可能。在采用剛性樓板假定時(shí)，忽略了樓板的平面外剛度，使結(jié)構(gòu)總剛度偏小。實(shí)際上，樓板的面外剛度在某種意義上來講可以理解為樓面梁的有效翼緣，為此規(guī)范給出了用近似以梁剛度放大系數(shù)形式來間接地考慮樓板的面外剛度?！陡咭?guī)》第5.由于梁有中梁和邊梁之分且要考慮樓板開洞及樓板彈性變形等因素，所以應(yīng)該區(qū)分梁的放置部位不同而給予不同的剛度放大系數(shù)。SATWE軟件已有自動(dòng)搜索功能，可自動(dòng)判斷梁與樓板的連接關(guān)系，并給出相應(yīng)的剛度放大系數(shù)。對(duì)于兩側(cè)都與剛性樓板相連的梁，取中梁的剛度放大系數(shù)；僅有一側(cè)與剛性樓板相連的梁，取邊梁的剛度放大系；對(duì)于其他情況的梁（包括不與樓板相連的獨(dú)立梁和僅與彈性樓板6和彈性樓板3相連的梁），梁剛度不放大。雖然剛性樓板假定的分析效率高，但適用范圍有限，僅適用于樓板形狀比較規(guī)則的普通工程。對(duì)于復(fù)雜樓板形狀的結(jié)構(gòu)工程，如樓板有效寬度較窄的環(huán)形樓面或其它有大開洞樓面、有狹長(zhǎng)外伸段樓面、局部變窄產(chǎn)生薄弱連接的樓面、連體結(jié)構(gòu)的狹長(zhǎng)連接體樓面等場(chǎng)合，樓板面內(nèi)剛度有較大削弱且不均勻，樓板的面內(nèi)變形會(huì)使樓層內(nèi)抗側(cè)剛度較小的構(gòu)件的位移和內(nèi)力加大，或特殊樓板體系，如板柱體系、厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)等，采用剛性樓板假定的分析是不合適的，其計(jì)算結(jié)果的可靠性無法保證。實(shí)際上，目前設(shè)計(jì)建造的絕大多數(shù)工程都屬于樓板形狀比較規(guī)則的普通工程，都可以采用剛性樓板假定來分析。樓板形狀不規(guī)則或樓板特殊的工程所占比例不大，不能簡(jiǎn)單地采用剛性樓板假定而應(yīng)采用下面介紹的相關(guān)假定來分析。2.4彈性樓板6彈性樓板6假定是采用殼單元真實(shí)地計(jì)算樓板的面內(nèi)剛度和面外剛度。從理論上講，彈性樓板6假定是最符合樓板的實(shí)際情況，可以應(yīng)用于任何工程。但實(shí)際上，在采用彈性樓板6假定時(shí)，部分豎向樓面荷載將通過樓板的面外剛度直接傳遞給豎向構(gòu)件，導(dǎo)致梁的彎矩減小，相應(yīng)的配筋也會(huì)減小。這與采用剛性樓板假定的不同，因?yàn)椴捎脛傂詷前寮俣〞r(shí)，所有的豎向樓面荷載都通過梁傳遞給豎向構(gòu)件。這點(diǎn)差異會(huì)造成采用彈性樓板6假定和采用剛性樓板假定的梁配筋安全儲(chǔ)備不同，而過去所有關(guān)于梁的工程經(jīng)驗(yàn)都是與剛性樓板假定前提下配筋安全儲(chǔ)備相對(duì)應(yīng)的。鑒于這一點(diǎn)，我們建議不要輕易采用彈性樓板6假定。在我們的程序中，彈性樓板6假定是針對(duì)板柱結(jié)構(gòu)板柱和抗震墻結(jié)構(gòu)提出的。對(duì)于柱網(wǎng)規(guī)則的板柱結(jié)構(gòu)或板柱抗震墻結(jié)構(gòu)，可以采用傳統(tǒng)的等帶框架法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。但對(duì)于復(fù)雜的板柱結(jié)構(gòu)或板柱抗震墻結(jié)構(gòu)，等帶框架法難以應(yīng)用，因?yàn)樵谀睦锊贾脦Я?、等帶梁截面取多寬等都不易確定。對(duì)于這類結(jié)構(gòu)，采用彈性樓板6假定是比較合適的，既可以較真實(shí)地模擬樓板的剛度和變形，又不存在梁配筋安全儲(chǔ)備減小的問題。采用彈性樓板6假定進(jìn)行板柱結(jié)構(gòu)或板柱抗震墻結(jié)構(gòu)分析時(shí)，首先要求在PMCAD交互式建模時(shí)，在假定的等帶梁位置上，布置截面尺寸為100×100mm的矩形截面混凝土虛梁；其次要在SATWE的《特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義》菜單中把樓板定義成“彈性樓板6”。這里布置虛梁的目的有兩點(diǎn)，其一是為了在接PMCAD前處理過程中SATWE軟件能夠自動(dòng)讀到樓板的外邊界信息，其二是為了輔助彈性樓板單元的劃分。在結(jié)構(gòu)分析中，混凝土虛梁無自重、無剛度。2.5彈性樓板3彈性樓板3假定是針對(duì)厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換厚板提出的。在厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換板的厚度一般都在1米以上，有些工程板厚超過2米。這些厚板一般形狀比較規(guī)則，而且不開大洞，其面內(nèi)剛度都很大，其面外剛度是這類結(jié)構(gòu)傳力的關(guān)鍵，通過厚板的面外剛度，改變傳力路徑，將厚板以上部分結(jié)構(gòu)的力安全地傳遞下去。彈性樓板3是假定樓板平面內(nèi)無限剛而平面外剛度是真實(shí)的。程序采用中厚板彎曲單元計(jì)算樓板平面外剛度。這一假定與厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換厚板特性是一致的。在采用SATWE軟件進(jìn)行厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析時(shí)，在PMCAD的交互式建模中，與板-柱結(jié)構(gòu)的輸入要求一樣，也要布置100×100mm的虛梁。要充分利用本層柱網(wǎng)和上層柱、墻節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)格)來布置虛梁，并在SATWE《特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義》菜單中把樓板定義成“彈性樓板3”。此外，層高的輸入有所改變，將厚板的板厚均分給與其相臨兩層，即取與厚板相臨的兩層的層高分別為其凈空加厚板的一半厚度。2.6彈性膜對(duì)于空曠的工業(yè)廠房和體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)、樓板局部開大洞結(jié)構(gòu)、樓板平面較長(zhǎng)或有較大凹入以及平面弱連接結(jié)構(gòu)等，樓板面內(nèi)剛度有較大削弱。在進(jìn)行這類結(jié)構(gòu)分析時(shí)，不能簡(jiǎn)單地采用剛性樓板假定，而應(yīng)考慮樓板面內(nèi)剛度削弱的影響，但又不能直接采用彈性樓板6假定，因?yàn)椴捎脧椥詷前?假定會(huì)影響梁配筋的安全儲(chǔ)備。為了能夠真實(shí)地反映樓板平面內(nèi)剛度，同時(shí)又不影響梁配筋的安全儲(chǔ)備，我們?cè)诔绦蛑刑峁┝恕皬椥阅ぁ奔俣āＫ^的彈性膜假定是采用平面應(yīng)力膜單元真實(shí)地計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度，同時(shí)忽略樓板的平面外剛度，即假定樓板平面外剛度為零。在采用SATWE軟件進(jìn)行上述樓板假定分析時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是在PMCAD交互式建模時(shí)，一定要真實(shí)輸入樓板厚度。對(duì)于沒有樓板的房間，可以定義板厚為零或可定義全房間開洞。在剛度計(jì)算上這兩種定義是等價(jià)的，但在導(dǎo)荷計(jì)算中二者是有區(qū)別的。板厚為零的房間可以布置均布面荷載，而全房間開洞的房間視為沒有均布面荷載。二是采用彈性樓板6、彈性樓板3和彈性膜假定的樓板均稱彈性樓板。彈性樓板可以定義在整層樓板上，也可以僅在需要的局部區(qū)域上。通過定義局部區(qū)域上彈性板帶可把整層樓板分隔成幾塊剛性樓板，這種定義方式比前者分析效率高。2.7彈性樓板單元 在SATWE軟件中，彈性樓板是用彈性樓板單元來描述的，其單元類型有彈性樓板6、彈性樓板3和彈性膜等四種。用戶可把在PMCAD交互式數(shù)據(jù)輸入中的一個(gè)房間的樓板指定為一個(gè)彈性樓板單元。這種單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)不限，其形狀也不限，可以是凸多邊形，也可以是凹多邊形。彈性樓板單元的引入，簡(jiǎn)化了彈性樓板的幾何描述，并為彈性樓板單元的自動(dòng)剖分奠定了基礎(chǔ)。 SATWE軟件在PMCAD交互式數(shù)據(jù)輸入形成的建筑模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，給出了彈性樓板單元自動(dòng)剖分功能模塊。目前的彈性樓板單元是比較初級(jí)的，在不增加房間邊界節(jié)點(diǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)樓板形狀的剖分－分割成四邊形和三角形，還沒有達(dá)到墻元剖分的程度。在彈性樓板單元的自動(dòng)剖分過程中，進(jìn)行了單元形狀優(yōu)化，以矩形單元最優(yōu)，無奇異角度的四邊形次之，再其次是三角形單元。3結(jié)束語(yǔ)在建筑結(jié)構(gòu)分析中，樓板剛度的合理考慮是一個(gè)重要因素，它不僅影響結(jié)構(gòu)的分析效率，更重要的是直接決定了分析結(jié)果的精度、可靠性和實(shí)用價(jià)值。SATWE軟件從工程實(shí)用角度出發(fā)，對(duì)樓板給出了多種簡(jiǎn)化假定。用戶在使用中可根據(jù)工程實(shí)際需求，靈活應(yīng)用。對(duì)于同一個(gè)工程，可綜合采用幾種不同的假定，以達(dá)到既準(zhǔn)確又實(shí)用的目的。在SATWE軟件提供的幾種彈性樓板假定中，彈性樓板6適用于板柱結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)，彈性樓板3適用于厚板轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，彈性膜適用于空曠的工業(yè)廠房和體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)、樓板局部開大洞結(jié)構(gòu)、樓板平面較長(zhǎng)或有較大凹入以及平面弱連接結(jié)構(gòu)。對(duì)于量大面廣的普通工程，其樓板一般都不特殊，都可以簡(jiǎn)單地采用剛性樓板假定。在工程應(yīng)用中，需要了解結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用相應(yīng)的假定。若采用的假定不恰當(dāng)，不僅可能使分析結(jié)果誤差過大，而且還可能影響梁配筋的安全儲(chǔ)備，甚至使分析結(jié)果的可靠性得不到保證。4參考文獻(xiàn)[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2001，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001，北京。[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2002，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002，北京。[3]LiYungui.“TheModelingofShearWallandSlabin3-DFiniteElementAnalysisofTallBuildings”,ProceedingsofSeventhInternationalConferenceonComputinginCivilandBuildingEngineering,August19-21,1997,Seoul,Korea.專題二結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)根據(jù)用戶與培訓(xùn)意見反饋，采用振型分解反映譜法進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反映分析中，不少用戶遇到的一個(gè)困惑問題是如何確定結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)。為了確保不喪失高振型的影響，程序要求用戶輸入較多的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性。但是一旦輸入的計(jì)算振型數(shù)過多而超過了結(jié)構(gòu)的計(jì)算自由度數(shù)，則會(huì)引起計(jì)算的混亂以致造成嚴(yán)重的分析錯(cuò)誤。為了使用戶自由地正確選取結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，我們將概括地介紹結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)與結(jié)構(gòu)自由度數(shù)的關(guān)系、結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的影響，并且引入振型參與質(zhì)量的概念，提出正確選取結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)的方法和程序操作步驟，最后用一個(gè)工程實(shí)例說明結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)選取不足帶來結(jié)構(gòu)抗震的不安全性。1規(guī)范、規(guī)程相關(guān)規(guī)定抗震規(guī)范第5.2.2條規(guī)定抗震計(jì)算時(shí)，不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)，可只取前2～3個(gè)振型，當(dāng)基本自振周期大于1.5s或房屋高寬比大于5時(shí)，振型個(gè)數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。其條文說明中還指出為使高柔建筑的分析精度有所改進(jìn)，其組合的振型個(gè)數(shù)適當(dāng)增加。振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。高規(guī)5.1.13-2條規(guī)定，抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)小于15，對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。2結(jié)構(gòu)自由度數(shù)用振型分解反映譜法分析計(jì)算地震作用時(shí)，要用到結(jié)構(gòu)的自振周期和振型。從工程實(shí)用和運(yùn)行效率出發(fā)，振型分析計(jì)算提供了兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算方法－側(cè)剛計(jì)算方法和總剛計(jì)算方法，分別對(duì)應(yīng)為側(cè)剛模型和總剛模型，各自有不同的結(jié)構(gòu)自由度數(shù)。這里所稱的“結(jié)構(gòu)自由度數(shù)”是專指結(jié)構(gòu)振型分析有質(zhì)量的自由度，是與由結(jié)構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)6個(gè)自由度集合而成的結(jié)構(gòu)自由度有區(qū)別的。同樣本節(jié)所稱的“側(cè)向剛度矩陣”和“總體剛度矩陣”都是專指結(jié)構(gòu)振型分析的。2.1側(cè)剛模型這是一種采用剛性樓板假定的簡(jiǎn)化的剛度矩陣模型，即把房屋理想化為空間梁、柱和墻組合成的集合體，并在平面內(nèi)無限剛的樓板上互相連接在一起。不管用戶在建模中有無彈性樓板、剛性樓板或越層大空間，對(duì)于無塔結(jié)構(gòu)的側(cè)剛模型假定每層為一塊剛性樓板，而多塔結(jié)構(gòu)則假定一塔一層為一塊剛性樓板。每塊剛性樓板具有兩個(gè)獨(dú)立的水平平動(dòng)自由度和一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。側(cè)向剛度矩陣就是建立在這些結(jié)構(gòu)自由度上的，可通過結(jié)構(gòu)總體模型的剛度矩陣凝聚而成。側(cè)剛模型進(jìn)行振型分析時(shí)結(jié)構(gòu)自由度數(shù)相對(duì)較少，計(jì)算耗時(shí)少，分析效率高，但應(yīng)用范圍有限制。對(duì)于N層無塔的結(jié)構(gòu)，側(cè)剛模型的結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為3*N個(gè)。例如某個(gè)10層無塔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為30個(gè)。對(duì)于有塔結(jié)構(gòu)側(cè)剛模型的結(jié)構(gòu)自由度的計(jì)算會(huì)復(fù)雜些。首先要確定獨(dú)立層的數(shù)目M，即獨(dú)立的剛性樓板數(shù)，其結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為3*M個(gè)。例如某個(gè)30層多塔結(jié)構(gòu)，共有3塔。第1塔層數(shù)為1～30，第2塔層數(shù)為6～25（第1～5層與其它塔相連），第3塔層數(shù)為3～28（第1～3層與其它塔相連），則獨(dú)立層的數(shù)目M=30+(25-6+1)+(28-3+1)=76，結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為3*76=228個(gè)。2.2總剛模型這是一種真實(shí)的結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)化成的剛度矩陣模型。結(jié)構(gòu)總剛模型假定每層非剛性樓板上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)（有構(gòu)件相連的）有兩個(gè)獨(dú)立水平平動(dòng)自由度，可以受彈性樓板的約束，也可以完全獨(dú)立不與任何構(gòu)件相連，而在剛性樓板上的所有節(jié)點(diǎn)只有兩個(gè)獨(dú)立水平平動(dòng)自由度和一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度?？傮w剛度矩陣就是建立在這些結(jié)構(gòu)自由度上的，可通過結(jié)構(gòu)總體模型的剛度矩陣凝聚而成。總剛模型進(jìn)行振型分析時(shí)能真實(shí)模擬具有彈性樓板、大開洞的錯(cuò)層、連體、空曠的工業(yè)廠房、體育館等結(jié)構(gòu)，可以正確求得結(jié)構(gòu)每層每個(gè)構(gòu)件的空間自振形態(tài)，但自由度數(shù)相對(duì)較多，計(jì)算耗時(shí)多和存儲(chǔ)開銷大。對(duì)于N層無剛性樓板的結(jié)構(gòu)，每層節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為，則總剛模型的結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為個(gè)。例如某個(gè)無剛性樓板的10層結(jié)構(gòu)，每層節(jié)點(diǎn)數(shù)都為30個(gè)，則總剛模型結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為10*2*30=600個(gè)。對(duì)于N層有剛性樓板的結(jié)構(gòu)，每層獨(dú)立于剛性樓板的節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為，每層剛性樓板數(shù)分別為，則總剛模型的結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為個(gè)。例如某個(gè)有剛性樓板的10層結(jié)構(gòu)，每層獨(dú)立于剛性樓板的節(jié)點(diǎn)數(shù)都為20個(gè)，每層均有10個(gè)節(jié)點(diǎn)在1塊剛性樓板上，則總剛模型結(jié)構(gòu)自由度數(shù)為10*(2*20+3*1)=430個(gè)。3結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)是指程序的前處理的《地震信息》中“計(jì)算振型個(gè)數(shù)”項(xiàng)，是需要用戶自己填寫的。用戶選取的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)的最大值是第2節(jié)所述的結(jié)構(gòu)自由度數(shù)。3.1地震作用和作用效應(yīng)用振型分解反映譜法計(jì)算地震作用和作用效應(yīng)時(shí)，不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)每個(gè)振型j在i質(zhì)點(diǎn)都有水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，水平地震作用效應(yīng)按平方和方根法SRSS加以組合，其中m為結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)。同樣考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)每個(gè)振型j振型在i層也都有水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、、，水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)按完全二次型組合法CQC加以組合，其中m為結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)。用振型分解反映譜法計(jì)算地震作用和作用效應(yīng)時(shí)，不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)每個(gè)振型j在i質(zhì)點(diǎn)都有水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，水平地震作用效應(yīng)按平方和方根法SRSS加以組合，其中m為結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)。同樣考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的結(jié)構(gòu)每個(gè)振型j振型在i層也都有水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值、、，水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)按完全二次型組合法CQC加以組合，其中m為結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)。3.2選取足夠的結(jié)構(gòu)振型數(shù)由3.1.節(jié)可見結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)增加，水平地震作用效應(yīng)增大，就是說內(nèi)力和變形應(yīng)增大。按理說，以結(jié)構(gòu)剛度矩陣自由度的總個(gè)數(shù)作為結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)可完全包含振型分解反映譜法給出的全部地震作用效應(yīng)，其設(shè)計(jì)是最真實(shí)和安全的。但對(duì)于一個(gè)大型結(jié)構(gòu)工程，計(jì)算結(jié)構(gòu)的所有振型、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值以及進(jìn)行水平地震作用效應(yīng)組合所需計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間和存儲(chǔ)開銷實(shí)在太長(zhǎng)，以致于往往無法實(shí)現(xiàn)。究竟是否有必要計(jì)算所有的振型并參與地震作用效應(yīng)組合呢？不必要。因?yàn)樽詈蟮哪切└哒裥蛯?duì)結(jié)構(gòu)地震作用貢獻(xiàn)很小，所以只要計(jì)算足夠的振型數(shù)就夠了。為此如何選取足夠的結(jié)構(gòu)振型數(shù)成為計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵問題。3.3振型參與質(zhì)量抗震規(guī)范和高規(guī)提出了“振型參與質(zhì)量”的概念和應(yīng)用原則。此概念最早出現(xiàn)于WILSONE.L教授的ETABS程序中。他指出在層剛性樓板假定下，當(dāng)累計(jì)的X、Y和的振型有效質(zhì)量都大于90%時(shí)，這時(shí)所取的振型數(shù)就是足夠的振型數(shù)?，F(xiàn)在程序提供的方法是一種適用于剛性樓板和彈性樓板的通用方法，用于計(jì)算各地震方向的有效質(zhì)量系數(shù)。用戶可以在輸出結(jié)果中查到計(jì)算各地震方向的有效質(zhì)量系數(shù)，保證有效質(zhì)量系數(shù)超過0.9。超過0.9意味著計(jì)算振型數(shù)夠了，否則計(jì)算振型數(shù)不夠。如果不夠，說明后續(xù)振型產(chǎn)生的地震作用效應(yīng)不能忽略。如果不能保證這點(diǎn)，將導(dǎo)致地震作用偏小。按此地震作用設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)將存在不安全性，所以應(yīng)該增加振型數(shù)重算。3.4選取原則規(guī)范、規(guī)程給出的選取振型的具體個(gè)數(shù)，如前2～3個(gè)振型、振型數(shù)不應(yīng)小于15、對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍等，均是一種粗略估計(jì)取法。對(duì)于有彈性樓板、大開洞的錯(cuò)層、連體、空曠的工業(yè)廠房以及體育館等結(jié)構(gòu)，若按此下限選取振型數(shù)則會(huì)造成地震作用明顯不足；規(guī)范、規(guī)程規(guī)定的振型參與質(zhì)量的判斷法是一個(gè)嚴(yán)格的、通用的、計(jì)算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)的方法。不論任何結(jié)構(gòu)類型，用戶應(yīng)保證各地震方向的振型參與質(zhì)量都超過總質(zhì)量的90%作為選取足夠的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)的唯一判斷條件；用戶選取的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)最大不能超過結(jié)構(gòu)自由度數(shù)，否則會(huì)造成地震作用計(jì)算異常。3.5程序操作步驟設(shè)置計(jì)算振型數(shù)SATWE進(jìn)入菜單《1.接PM生成SATWE數(shù)據(jù)》→《1.分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義》→《地震信息》，在‘計(jì)算振型數(shù)’項(xiàng)內(nèi)填入振型數(shù)。TAT進(jìn)入菜單《2.數(shù)據(jù)檢查和圖形檢查》→《3.參數(shù)修正》→《地震信息》，在‘計(jì)算振型數(shù)’項(xiàng)內(nèi)填入振型數(shù)。PMSAP進(jìn)入菜單《3.參數(shù)補(bǔ)充與修改》→《地震信息》，在‘參與振型數(shù)’項(xiàng)內(nèi)填入振型數(shù)。計(jì)算。查看結(jié)果文件，看地震工況的‘有效質(zhì)量系數(shù)’是否≥90%。是，計(jì)算結(jié)果可靠。否，進(jìn)入①增加計(jì)算振型數(shù)，重復(fù)②到④。3.6關(guān)聯(lián)操作‘樓層最小地震剪力系數(shù)’：詳見《應(yīng)用指南》第1.5節(jié)。當(dāng)有效質(zhì)量系數(shù)不足時(shí)，也會(huì)發(fā)生剪重比不夠。3.7結(jié)果說明用戶可以在輸出結(jié)果中查到計(jì)算各地震方向的有效質(zhì)量系數(shù)，判斷是否滿足判斷條件。SATWE可在WZQ.OUT文件中查看X、Y向的有效質(zhì)量系數(shù)。如X方向的有效質(zhì)量系數(shù)：93.24%Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)：93.07%TAT可在TAT-4.OUT文件中查看X、Y向的有效質(zhì)量系數(shù)。如X向地震有效質(zhì)量系數(shù)：Cmass-x=97.98%Y向地震有效質(zhì)量系數(shù)：Cmass-y=98.00%PMSAP可在工程名_TB.RPT（簡(jiǎn)單扎要）文件中查看X、Y向的有效質(zhì)量系數(shù)。如地震方向1有效質(zhì)量系數(shù)=92.44%地震方向2有效質(zhì)量系數(shù)=93.32%4工程實(shí)例計(jì)算分析某結(jié)構(gòu)工程，8層，有彈性樓板和大空曠無樓板層?？拐鹪O(shè)防烈度為7度（0.10g）場(chǎng)地類別屬于二類。采用總剛計(jì)算方法進(jìn)行振型分解反映譜法的地震作用分析。在X向地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的樓層最小剪重比為0.016。下圖是用SpaSCAD顯示的實(shí)體模型。某工程實(shí)體模型圖在分析過程中，我們按結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)15、45和80分別做了三次計(jì)算。現(xiàn)把其結(jié)構(gòu)X向地震作用結(jié)果列表如下：不同振型數(shù)的有效質(zhì)量系數(shù)、基底剪力、剪重比和比例的對(duì)照表振型數(shù)154580最小剪重比有效質(zhì)量系數(shù)%49.8193.2395.36基底剪力10360.1430177.5030298.2918418.03剪重比%0.902.632.641.60三者基底剪力的比例34.33100.00100.40從表4-1的數(shù)據(jù)分析可見：當(dāng)結(jié)構(gòu)振型數(shù)取為15個(gè)時(shí)，因?yàn)橛行з|(zhì)量系數(shù)（規(guī)范稱為參與質(zhì)量）為49.81％，不足90%。同時(shí)底層剪重比只有0.009，也遠(yuǎn)小于樓層最小剪重比。所以此結(jié)構(gòu)選取15個(gè)結(jié)構(gòu)振型數(shù)是不夠的，也可說對(duì)某些結(jié)構(gòu)振型數(shù)取少了，會(huì)得出不滿足樓層最小剪重比的錯(cuò)誤結(jié)論。當(dāng)結(jié)構(gòu)振型數(shù)取為45個(gè)時(shí)，有效質(zhì)量系數(shù)（規(guī)范稱為參與質(zhì)量）為49.81％，超過90%，并且基底剪力比取15振型數(shù)時(shí)明顯增大，達(dá)到30177.50kN，底層剪重比達(dá)到0.026，滿足樓層最小剪重比的要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)振型數(shù)取為80個(gè)時(shí)，比取45個(gè)多了不少，但基底剪力增加不多?；准袅χ辉黾恿?0298.29-30177.50=120.79kN，僅提高0.4%?？梢娪行з|(zhì)量系數(shù)達(dá)到90%時(shí)，可以放棄其后的高振型影響。表4-1中第4列是滿足結(jié)構(gòu)最小剪重比0.016時(shí)的X向地震作用的基底剪力10360.14/0.9*1.6=18418.03，比取45振型數(shù)的基底剪力要小得多。所以說剪重比不滿足時(shí)，首先必須檢查有效質(zhì)量系數(shù)是否達(dá)到90%。不同振型數(shù)的每層剪力和剪重比的對(duì)照表剪力Vx(kN)剪重比%樓層號(hào)\振型數(shù)1545801545808325.77557.34550.384.517.727.6373094.993388.653390.343.814.184.1864140.574780.834782.923.133.613.6258889.479697.719706.652.002.192.1949402.329899.539901.791.972.072.0739781.969836.749838.081.911.921.92210016.8010341.9110348.761.831.891.89110360.1430177.5030298.290.902.632.64上表詳細(xì)地給出了振型數(shù)取為15、45和80時(shí)每層X向地震作用的樓層剪力和剪重比。從中我們可以更細(xì)致地分析選取不同結(jié)構(gòu)振型數(shù)對(duì)地震作用的影響，從而說明3.2.2節(jié)的“選取原則”可用性。專題三結(jié)構(gòu)薄弱層的概念和控制在02版“抗規(guī)”關(guān)于結(jié)構(gòu)沿豎向規(guī)則性要求中，對(duì)側(cè)向剛度不規(guī)則定義一種薄弱層的概念；在89版“抗規(guī)”中，原先就有的彈塑性薄弱層的概念。這兩種薄弱層概念一并在此說明，解釋在計(jì)算機(jī)軟件中怎樣實(shí)現(xiàn)的，要注意些什么問題。1結(jié)構(gòu)層剛度沿豎向突變產(chǎn)生的薄弱層1.1規(guī)范條文高規(guī)的4.4.2、5.1.14條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%另外高規(guī)附錄E.0.2條規(guī)定，當(dāng)?shù)撞繋мD(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層設(shè)置在3層及3層以上時(shí)，其樓層側(cè)向剛度尚不應(yīng)小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的60%?？拐鹨?guī)范附錄E2.1規(guī)定，筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2。1.2軟件實(shí)現(xiàn)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的層剛度有明確的要求，在判斷樓層是否為薄弱層時(shí)，抗震規(guī)范和高規(guī)建議的計(jì)算層剛度的下列方法（地下室是否能作為嵌固端、轉(zhuǎn)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=GiAi/hi方法2：高規(guī)附錄E.0.2建議的方法——剪彎剛度：Ki=Vi/Δi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/Δi軟件已全部實(shí)現(xiàn)。程序提供三種方法的選擇項(xiàng)，用戶可以選用其中之一。程序隱含的方法是第3種，即地震作用下層剪力與層間位移之比。對(duì)于薄弱層：（1）程序?qū)⒃搶拥卣鹱饔脴?biāo)準(zhǔn)值的地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)；（2）程序設(shè)有‘指定薄弱層’項(xiàng)。用戶可手工指定薄弱層；（3）這三種計(jì)算方法有差異是正常的，可以根據(jù)需要選擇；（4）對(duì)于大多數(shù)一般的結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇第第3種層剛度算法；（5）對(duì)于多層結(jié)構(gòu)可以選擇第1種層剛度算法；（6）對(duì)于有斜支撐的鋼結(jié)構(gòu)可以選擇第2種層剛度算法。選擇第3種方法計(jì)算層剛度和剛度比控制時(shí)，一般要采用“剛性樓板假定”的條件。對(duì)于有彈性板或板厚為零的工程，應(yīng)計(jì)算兩次。在剛性樓板假定條件下計(jì)算層剛度并找出薄弱層。再在真實(shí)條件下計(jì)算，并且檢查原找出的薄弱層是否得到確認(rèn)，完成其它計(jì)算。轉(zhuǎn)換層是樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)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(yīng)將該層手工置為“薄弱層”。第3種方法適用于所有結(jié)構(gòu)類型計(jì)算剛度比及薄弱層，且比其它二種方法更易通過剛度比驗(yàn)算。1.3操作方法分為‘層剛度比計(jì)算方法的設(shè)定’和‘指定薄弱層’的操作。SATWE層剛度比計(jì)算方法的設(shè)定①進(jìn)入菜單《2.結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算》→《SATWE計(jì)算控制參數(shù)》在‘層剛度比計(jì)算’框中的三個(gè)任選項(xiàng)－‘剪切剛度’、‘剪彎剛度’或‘地震剪力與地震層間位移的比’內(nèi)選一打‘·’，則可。指定薄弱層，此時(shí)程序自動(dòng)判定的薄弱層仍舊調(diào)整進(jìn)入菜單《1.接PM生成SATWE數(shù)據(jù)》→《1.分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義》→《調(diào)整信息》在‘指定的薄弱層個(gè)數(shù)’項(xiàng)內(nèi)填入要用戶設(shè)定薄弱層的總層數(shù)，再在‘各薄弱層層號(hào)’項(xiàng)內(nèi)填入薄弱層的結(jié)構(gòu)層號(hào)。TAT層剛度比計(jì)算方法的設(shè)定進(jìn)入菜單《3.結(jié)構(gòu)內(nèi)力，配筋計(jì)算》→《計(jì)算選擇》在‘層剛度計(jì)算選擇’框中的三個(gè)任選項(xiàng)－‘剪切層剛度’、‘剪彎層剛度’或‘平均剪力/平均層間位移’內(nèi)選一打‘·’，則可。指定薄弱層，此時(shí)程序自動(dòng)判定的薄弱層仍舊放大1.15進(jìn)入菜單《2.數(shù)據(jù)檢查和圖形檢查》→《3.參數(shù)修正》→《調(diào)整信息》在‘考慮附加薄弱層地震剪力的人工調(diào)整’項(xiàng)內(nèi)打‘√’，此時(shí)彈出‘折減系數(shù)’菜單。在指定薄弱層的層號(hào)行中填入X方向、Y方向的薄弱層放大系數(shù)值。注意：程序按填入的放大系數(shù)調(diào)整，不一定是1.15。PMSAP層剛度比計(jì)算方法的設(shè)定進(jìn)入菜單《3.參數(shù)補(bǔ)充與修改》→《設(shè)計(jì)信息》。在‘樓層剛度比計(jì)算’框中的三個(gè)任選項(xiàng)－‘剪切剛度算法’、‘剪彎剛度算法’或‘地震層間剪力比地震層間位移算法’內(nèi)選一。指定薄弱層，此時(shí)程序自動(dòng)判定的薄弱層仍舊調(diào)整進(jìn)入菜單《3.參數(shù)補(bǔ)充與修改》→《計(jì)算調(diào)整信息》在‘指定的薄弱層個(gè)數(shù)’項(xiàng)中填入要用戶設(shè)定薄弱層的總層數(shù)，再在‘指定的各薄弱層層號(hào)’項(xiàng)內(nèi)填入薄弱層的結(jié)構(gòu)層號(hào)。1.4關(guān)聯(lián)操作‘剛性樓板假定’：設(shè)定第三種層剛度比計(jì)算方法（地震剪力與地震層間位移的比）時(shí)，一般應(yīng)該有剛性樓板假定?！叵率摇簩觿偠缺扔?jì)算用于地下室是否能作為嵌固端的判定條件。但注意，用第三種層剛度比計(jì)算方法（地震剪力與地震層間位移的比）計(jì)算層剛度比時(shí)，已經(jīng)考慮了地下室的基礎(chǔ)回填土的約束剛度，所以是不符合規(guī)范規(guī)定的。此時(shí)用戶可以如下操作：（1）將地下室信息中‘回填土對(duì)地下室的約束相對(duì)剛度比’填為0，先算一遍，判定地下室是否可作為嵌固端。（2）用第一種層剛度比計(jì)算方法（剪切剛度比）先算一遍，判定地下室是否可作為嵌固端?！D(zhuǎn)換層上、下剛度突變的控制’：選取那種層剛度計(jì)算方法要按高規(guī)規(guī)定方法進(jìn)行。1.5結(jié)果說明程序逐層輸出每一層層剛度比和薄弱層地震剪力放大系數(shù)。SATWE層剛度比和薄弱層地震剪力放大系數(shù)的結(jié)果可在WMASS.OUT中查看。如以下所示：各層剛心、偏心率、相鄰層側(cè)移剛度比等計(jì)算信息Ratx，Raty：X、Y方向本層塔側(cè)移剛度與下一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值Ratx1，Raty1：X、Y方向本層塔側(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側(cè)移剛度80%的比值中之較小者RJX，RJY，RJZ：結(jié)構(gòu)總體坐標(biāo)系中塔的側(cè)移剛度和扭轉(zhuǎn)剛度====================================================================FloorNo：1，TowerNo.：1Xstif=45.7917(m)，Ystif=-11.6787(m)，Alf=0.0000(Degree)Xmass=50.9751(m)，Ymass=-13.9529(m)，Gmass=1022.9373(t)Eex=0.4070，Eey=0.1706Ratx=1.0000，Raty=1.0000Ratx1=2.1582，Raty1=2.3140，薄弱層地震剪力放大系數(shù)=1.00RJX=4.7175E+06(kN/m)，RJY=4.7783E+06(kN/m)，RJZ=0.0000E+00(kN/m)TAT層剛度比和薄弱層地震剪力放大系數(shù)的結(jié)果可在TAT-M.OUT中查看。如以下所示：|各層附加薄弱層地震剪力的人工調(diào)整系數(shù)|層號(hào)：Nfloor=4調(diào)整系數(shù)：X向WakeX=1.00Y向WakeY=1.00層號(hào)：Nfloor=3調(diào)整系數(shù)：X向WakeX=1.00Y向WakeY=1.00層號(hào)：Nfloor=2調(diào)整系數(shù)：X向WakeX=1.15Y向WakeY=1.15層號(hào)：Nfloor=1調(diào)整系數(shù)：X向WakeX=1.00Y向WakeY=1.00******************************************************************第四部分各層層剛度、剛度中心、剛度比******************************************************************各層(地震平均剪力/平均層間位移)剛度、剛度比等，其中：Ratio_d1：表示本層與下一層的層剛度之比Ratio_u1：表示本層與上一層的層剛度之比Ratio_u3：表示本層與上三層的平均層剛度之比層號(hào)塔號(hào)X向?qū)觿偠萗向?qū)觿偠葎傂淖鴺?biāo)：X、YX向偏心率Y向偏心率410.1361E+070.1636E+0751.92-14.330.020.11310.9378E+060.9106E+0653.00-13.210.050.28210.1812E+070.1663E+0746.97-13.430.330.02110.2843E+070.2570E+0747.19-13.690.280.00層號(hào)塔號(hào)Ratio_d1：X、YRatio_u1：X、YRatio_u3：X、Y薄弱層放大系數(shù)：X、Y411.451.801.261.321.391.491.001.00310.520.550.690.560.820.691.151.15210.640.651.931.831.611.321.151.15111.001.001.571.552.071.831.001.00PMSAP層剛度比和薄弱層地震剪力放大系數(shù)的結(jié)果可在工程名_TB.RPT（簡(jiǎn)單摘要）文件中查看。如以下所示：7.樓層剛度比X剛度比：本層X剛度比下層X剛度Y剛度比：本層Y剛度比下層Y剛度X剛度比1：本層X剛度比上層X剛度的70%和上三層X剛度平均值的80%中的大者Y剛度比1：本層Y剛度比上層Y剛度的70%和上三層Y剛度平均值的80%中的大者采用的樓層剛度比算法:剪彎剛度算法X剛度比Y剛度比X剛度比1Y剛度比1薄弱層調(diào)整系數(shù)樓層：1剛度比：1.001.000.030.041.15樓層：2剛度比：1.871.591.431.411.00樓層：3剛度比：1.001.019.535.371.00樓層：4剛度比：0.150.251.581.391.002結(jié)構(gòu)樓層受剪承載力沿豎向突變產(chǎn)生的薄弱層2.1規(guī)范條文高規(guī)的4.4.3、5.1.14條規(guī)定，A級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75%?？拐鹪O(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。2.2軟件實(shí)現(xiàn)程序無自動(dòng)進(jìn)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(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力小于其上一層的80%時(shí)，應(yīng)將該層手工設(shè)置為薄弱層。2.3操作方法用戶可做‘指定薄弱層’的操作。SATWE指定薄弱層，此時(shí)程序自動(dòng)判定的薄弱層仍舊調(diào)整進(jìn)入菜單《1.接PM生成SATWE數(shù)據(jù)》→《1.分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義》→《調(diào)整信息》。在‘指定的薄弱層個(gè)數(shù)’項(xiàng)內(nèi)填入要手工設(shè)定薄弱層的總層數(shù)，再在‘各薄弱層層號(hào)’項(xiàng)內(nèi)填入相當(dāng)?shù)谋∪鯇铀诮Y(jié)構(gòu)的層號(hào)。TAT指定薄弱層，此時(shí)程序自動(dòng)判定的薄弱層仍舊放大1.15進(jìn)入菜單《2.數(shù)據(jù)檢查和圖形檢查》→《3.