PKPM結(jié)構(gòu)設計應用

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建筑專欄2023-10-2710:29閱讀126評論0字號：大大中中小小

分類:PKPM結(jié)構(gòu)設計應用第一章磚混底框的設計

（一）“按經(jīng)驗考慮墻梁上部作用的荷載折減〞

⑴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。⑵若選擇此項，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〞⑴若選擇此項，則則程序自動判斷托墻梁是否為墻梁，若是墻梁則自動依照規(guī)范要求計算梁上的荷載，若不是墻梁則按均布荷載方式加到梁上。

⑵若同時選擇“按經(jīng)驗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，則程序?qū)τ趬α簞t執(zhí)行“按規(guī)范墻梁方法確定托梁上部荷載〞，對于非墻梁則執(zhí)行“按經(jīng)驗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)移剛度是否應當考慮邊框柱的作用〞

若選擇此項，則程序在計算側(cè)移剛度比時，與邊框柱相連的剪力墻將作為組合截面考慮。否則程序分別計算墻、柱側(cè)移剛度。一般而言，對混凝土抗震墻可選擇考慮邊框柱的作用，對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⑴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，又輸入了磚墻時才起作用。

⑵物理意義：混凝土墻與磚墻的彈性模量比。

⑶參數(shù)大小：該值缺省時為3，大小在3～6之間。

⑷如何填寫：一般而言，混凝土墻的彈性模量是磚墻的10倍以上。假使是同等墻厚，則混凝土墻的剛度就是磚墻的10倍以上。但實際上，在結(jié)構(gòu)設計時，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高。（五）磚混底框結(jié)構(gòu)風荷載的計算⑴tat軟件可以直接計算風荷載。

⑵satwe軟件不可以直接計算風荷載，需要設計人員在特別風荷載定義中人為輸入。（六）磚混底框不計算地震力時該如何設計？

⑴目前的pmcad軟件不能計算非抗震的磚混底框結(jié)構(gòu)。⑵處理方法：

①設計人員可以按6度設防計算，磚混抗震驗算結(jié)果可以不看。②磚混抗震驗算完成后執(zhí)行satwe軟件進行底框部分內(nèi)力的計算。⑶處理方法的基本原理：

①一般來說，磚混底框結(jié)構(gòu)，按6度設防計算時地震力并非控制工況。

②對于構(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很大。直接用該值設計首先確定安全，其次誤差很小。

③假使個別構(gòu)件出現(xiàn)其彎矩值和剪力值由地震力控制，這種狀況一般出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的外圍構(gòu)件中。設計人員或者直接使用該值進行設計，誤差不大，或者作為個案單獨處理。（七）磚混底框結(jié)構(gòu)剛度比的計算與調(diào)整方法探討

（a）規(guī)范要求

《建筑抗震設計規(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方向，其次層與底層側(cè)向剛度的比值，6、7度時不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不應小于1.0。

《建筑抗震設計規(guī)范》第7.1.8條第4款明確規(guī)定：底部兩層框架－抗震墻房屋的縱橫兩個方向，底部與底部其次層側(cè)向剛度應接近，第三層與底部其次層側(cè)向剛度的比值，6、7度時不應大于2.0，8度時不應大于1.5，且均不應小于1.0。（b）規(guī)范精神

⑴由于過渡層為磚房結(jié)構(gòu)，受力繁雜，若作為薄弱層，則結(jié)構(gòu)位移反應不均勻，彈塑性變形集中，從而對抗震不利。

⑵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對混凝土墻體剛度的計算⑴對無洞口墻體的計算

①假使墻體高寬比m1.0，則需計算剪彎剛度，計算公式為(略）⑵對小洞口墻體的計算

①小洞口墻體的判別標準α＝(略）≤0.4

②目前的pmcad軟件，對于磚混底框結(jié)構(gòu)，只允許開設小洞口的剪力墻。對于α≥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。

③pmcad軟件根據(jù)開洞率依照《抗震規(guī)范》表7.2.3乘以墻段洞口影響系數(shù)計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）本例通過不改變剪力墻布置而用剪力墻開豎縫的方法來滿足其剛度比的要求。(略）（e）設豎縫的剪力墻墻體的構(gòu)造要求⑴豎縫兩側(cè)應設置暗柱。

⑵剪力墻的豎縫應開到梁底，將剪力墻分乘高寬比大于1.5，但也不宜大于2.5的若干個墻板單元。

⑶對帶邊框的低矮鋼筋混凝土墻的邊框柱的配筋不應小于無鋼筋混凝土抗震墻的框架柱的配筋和箍筋要求。

⑷帶邊框的低矮鋼筋混凝土墻的邊框梁，應在豎縫的兩側(cè)1.5倍梁高范圍內(nèi)箍筋加密，其箍筋間距不應大于100mm。

⑸豎縫的寬度可與墻厚相等，豎縫處可用預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)，可以通過開設洞口的方式形成高寬比大于2的若干墻段。

注：本條由于文字編輯的原因略去了一些公式，這些公式可以從其他一些書上看到。

其次章剪切、剪彎、地震力與地震層間位移比三種剛度比的計算與選擇（一）地震力與地震層間位移比的理解與應用⑴規(guī)范要求：《抗震規(guī)范》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％。⑵計算公式：ki=vi/δui⑶應用范圍：

①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)定的工程剛度比計算。②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用⑴規(guī)范要求：

①《高規(guī)》第e.0.1條規(guī)定：底部大空間為一層時，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比γ表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，γ宜接近1，非抗震設計時γ不應大于3，抗震設計時γ不應大于2。計算公式見《高規(guī)》151頁。

②《抗震規(guī)范》第6.1.14條規(guī)定：當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，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)向剛度的計算方法依照條文說明可以采用剪切剛度。計算公式見《抗震規(guī)范》253頁。

⑵satwe軟件所提供的計算方法為《抗震規(guī)范》提供的方法。

⑶應用范圍：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算。

（三）剪彎剛度的理解與應用⑴規(guī)范要求：

①《高規(guī)》第e.0.2條規(guī)定：底部大空間大于一層時，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比γe可采用圖e所示的計算模型按公式（e.0.2)計算。γe宜接近1，非抗震設計時γe不應大于2，抗震設計時γe不應大于1.3。計算公式見《高規(guī)》151頁。

②《高規(guī)》第e.0.2條還規(guī)定：當轉(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時，其樓層側(cè)向剛度比不應小于相鄰上部樓層的60％。

⑵satwe軟件所采用的計算方法：高位側(cè)移剛度的簡化計算

⑶應用范圍：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算。（四）《上海規(guī)程》對剛度比的規(guī)定

《上海規(guī)程》中關(guān)于剛度比的適用范圍與國家規(guī)范的主要不同之處在于：

⑴《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，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。

⑵《上海規(guī)程》已將三種剛度比統(tǒng)一為采用剪切剛度比計算。（五）工程算例：⑴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)三維軸測圖、第六層及第七層平面圖如圖1所示（圖略）。該工程的地震設防烈度為8度，設計基本加速度為0.3g。

⑵1～13層x向剛度比的計算結(jié)果：

由于列表困難，下面每行數(shù)字的意義如下：以“／〞分開三種剛度的計算方法，第一段為地震剪力與地震層間位移比的算法，其次段為剪切剛度，第三段為剪彎剛度。具體數(shù)據(jù)依次為：層號，rjx，ratx1，薄弱層／rjx，ratx1，薄弱層／rjx，ratx1，薄弱層。其中rjx是結(jié)構(gòu)總體坐標系中塔的側(cè)移剛度（應乘以10的7次方）；ratx1為本層塔側(cè)移剛度與上一層相應塔側(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／11.694，1.9251，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8，0.9138，1.9275，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軟件在進行“地震剪力與地震層間位移比〞的計算時“地下室信息〞中的“回填土對地下室約束相對剛度比〞里的值填“0〞；

注2：在satwe軟件中沒有單獨定義薄弱層層數(shù)及相應的層號；

注3：本算例主要用于說明三種剛度比在satwe軟件中的實現(xiàn)過程，對結(jié)構(gòu)方案的合理性不做探討。

⑶計算結(jié)果分析

①按不同方法計算剛度比，其薄弱層的判斷結(jié)果不同。

②設計人員在satwe軟件的“調(diào)整信息〞中應指定轉(zhuǎn)換層第六層薄弱層層號。指定薄弱層層號并不影響程序?qū)ζ渌∪鯇拥淖詣优袛唷＂郛斵D(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時，《高規(guī)》還規(guī)定其樓層側(cè)向剛度比不應小于相鄰上部樓層的60％。這一項satwe軟件并沒有直接輸出結(jié)果，需要設計人員根據(jù)程序輸出的每層剛度單獨計算。例如本工程計算結(jié)果如下：1.3433×107／（1.4179×107）＝94.74％>60％滿足規(guī)范要求。

④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）＝2.74＞2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）＝1.25＜2地下室頂板不能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端

⑤satwe軟件計算剪彎剛度時，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。這對于希望h1的值取自0.00以上的設計人員來說，或者將地下室去掉，重新計算剪彎剛度，或者根據(jù)程序輸出的剪彎剛度，人工計算剛度比。以本工程為例，h1從0.00算起，采用剛度串模型，計算結(jié)果如下：轉(zhuǎn)換層所在層號為6層（含地下室），轉(zhuǎn)換層下部起止層號為3～6，h1=21.9m，轉(zhuǎn)換層上部起止層號為7～13，h2=21.0m。

k1=[1/(1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251)]×107=1.4607×107k2=[1/(1/11.145+1/11.247+1/10.369)×107=1.5132×107δ1=1/k1；δ2=1/k2

則剪彎剛度比γe=(δ1×h2)/(δ2×h1)=0.9933（六）關(guān)于三種剛度比性質(zhì)的探討

⑴地震剪力與地震層間位移比：是一種與外力有關(guān)的計算方法。規(guī)范中規(guī)定的δui不僅包括了地震力產(chǎn)生的位移，還包括了用于該樓層的傾覆力矩mi產(chǎn)生的位移和由于下一層的樓層轉(zhuǎn)動而引起的本層剛體轉(zhuǎn)動位移。⑵剪切剛度：其計算方法主要是剪切面積與相應層高的比，其大小跟結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的剪切面積和層高密切相關(guān)。但剪切剛度沒有考慮帶支撐的結(jié)構(gòu)體系和剪力墻洞口高度變化時所產(chǎn)生的影響。

⑶剪彎剛度：實際上就是單位力作用下的層間位移角，其剛度比也就是層間位移角之比。它

能同時考慮剪切變形和彎曲變形的影響，但沒有考慮上下層對本層的約束。

三種剛度的性質(zhì)完全不同，它們之間并沒有什么必然的聯(lián)系，也正由于如此，規(guī)范賦予了它們不同的適用范圍。

第三章短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的計算

（一）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中底部傾覆力矩的計算⑴規(guī)范要求：

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.1.2條第2款規(guī)定：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(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50％。⑵tat與satwe軟件對短肢剪力墻的判斷：①tat軟件按雙向判斷；

②舊版satwe軟件按單向判斷，新版satwe軟件按雙向判斷。⑶工程算例①工程概況

該工程為一層地下室，第六層（包括地下室）為框支轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層以上為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，共31層。地震烈度為8度（設計基本地震加速度為0.2g），框支框架抗震等級為一級，剪力墻抗震等級為二級、轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)平面圖如下圖所示（圖略）②tat和satwe軟件底部地震傾覆力矩計算結(jié)果：

用tat計算，mx短＝99548.0、mx＝340276.0、mx短/mx＝22.63%；my短＝103067.2、my＝338728.8、my短/my＝23.33%。用satwe舊版計算，mx短＝313757.7、mx＝598817.6、mx短/mx＝52.40%；my短＝266632.3、my＝620842.5、my短/my＝42.95%。用satwe新版計算，mx短＝320234.2、mx＝173764.8、mx短/mx＝35.18%；my短＝128251.8、my＝353020.7、my短/my＝30.95%。（二）帶框支結(jié)構(gòu)短肢剪力墻的計算

⑴結(jié)構(gòu)體系的選擇：繁雜高層結(jié)構(gòu)還是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)？⑵規(guī)范規(guī)定①抗震等級：

a）繁雜高層：當轉(zhuǎn)換層的位置設置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級宜按表4.8.2和表4.8.3的規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)是特一級的不再提高。對于轉(zhuǎn)換層的位置設置在3層及3層以下時，不要求提高抗震等級；

b）短肢剪力墻：其抗震等級，應比表4.8.2規(guī)定提高一級采用。注意，這里不含表4.8.3，這是由于b級高度的高層建筑和9度抗震設計的a級高度的高層建筑，不應采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

②剪刀墻軸壓比：

a）繁雜高層：剪刀墻軸壓比限值不要求降低；

b）短膠剪力墻：當抗震等級為一、二、三級時，分別不宜大于0.5、0.6、0.7；對于無翼緣或端柱的一字形短肢剪力培，其軸壓比限值相應降低0.1。③內(nèi)力計算：

a）繁雜高層：特一、一、二級落地剪力培底部加強部位的彎矩設計值，應按墻體底截面有地震組合的彎矩值乘以增大系數(shù)1.8、1.5、1.25；其剪力設計值，應按規(guī)程第7.2.10條的規(guī)定調(diào)整，特一級應來以增大系數(shù)1.9；

b）短肢剪力墻：除底部加強部位應按規(guī)程第7.2.10條的規(guī)定調(diào)整外，其他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數(shù)1.4和1.2。

⑹程序只執(zhí)行現(xiàn)澆樓蓋的計算長度系數(shù)，沒有執(zhí)行裝配式樓蓋的計算長度系數(shù)。

⑺目前的satwe軟件對有吊車或無吊車的排架結(jié)構(gòu)的柱計算長度系數(shù)仍按框架結(jié)構(gòu)實行。⑻對于satwe軟件，設計人員修改柱計算長度系數(shù)后，不要再進行“形成saiwe數(shù)據(jù)〞和“數(shù)據(jù)檢查〞等操作，而應當直接計算，否則程序依舊依照原來的計算長度系數(shù)進行計算。（五）如何判斷“水平荷載產(chǎn)生的彎矩設計值占總彎矩設計值的75%以上〞這個條件？由于目前的satwe軟件沒有直接判斷“水平荷載產(chǎn)生的彎矩設計值占總彎矩設計值的75%以上〞這個條件的功能，因此需要設計人員自己進行判斷，具體判斷過程我們可以遵循以下步驟：

⑴在新版的satwe軟件中首先依照不執(zhí)行《混凝土規(guī)范》7.3.11-3條的方法進行計算，從而得到所有荷載產(chǎn)生的總彎矩設計值；

⑵點取satwe軟件“總信息〞中“恒活載計算信息〞里的“不計算恒活載〞選項，然后進行計算，從而得到水平荷載產(chǎn)生的彎矩設計值；

⑶將頭兩步計算得到的彎矩設計值相比看是否滿足《混凝土規(guī)范》7.3.11-3條中的條件；⑷在選擇彎矩設計值時要注意盡量選擇同一工況荷載作用下的內(nèi)力值。

第八章梁上架柱結(jié)構(gòu)的荷載導算（一）工程概況

某工程為梁抬柱結(jié)構(gòu)，共30層，含4層地下室，地震設防烈度為8度，地震基本加速度為0.2g，如圖1(a)所示，第四層的節(jié)書點1處為梁1和梁2的交點，該節(jié)點抬了一根1200×1200的勁性混凝土柱1，該結(jié)構(gòu)的第四層和第五層干面圖如圖1所示（圖略）。（二）內(nèi)力分析

經(jīng)計算，得到如下結(jié)果：

⑴柱1在恒載作用下的柱底軸力標準值為-586.5kn。⑵結(jié)構(gòu)總質(zhì)量進行核核：

①pmcad軟件中“平面荷載顯示校核〞里計算出的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為84012.4噸。②satwe軟件中質(zhì)量文件wmass.out中顯示的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為84233.484噸。⑶計算結(jié)果：

不同梁截面尺寸下的柱底軸力（單位：kn）柱1／-586.5／-2110.5／-4692.8／-7033.9／柱2／-9015.7／-8944.8／-8824.5／-8715.8／柱3／-12176.2／-11701.1／-10895.3／-10164.5／柱4／--9204.3／-9130.2／-9004.6／-8891.1／柱5／-11251.7／-10999.0／-10570.8／-10182.5／柱6／-10081.0／-10010.2／-9890.1／-9781.7／柱7／-15007.5／-14555.5／-13789.1／-13094.6／柱8／-9732.7／-9666.4／-9554.0／-9452.5／柱9／-10731.8／-10487.2／-10072.3／-9692.2／

節(jié)點1位移(mm)／-86.06／-74.8／-55.695／-38.397／

表中后面四個數(shù)據(jù)依次為梁1和梁2截面尺寸為／250×600／300×900／200×1200／500×1500／時的數(shù)據(jù)。

柱3和柱7在節(jié)點1的左和右，柱5和柱9在節(jié)點1的上和下，柱2在節(jié)點1的左下角，柱8在節(jié)點1的右下角，柱4在節(jié)點1的左上角，柱6在節(jié)點1的右上角。

⑷結(jié)果分析：產(chǎn)生這種狀況的主要原因是梁的剛度太小，節(jié)點位移太大，從而使內(nèi)力轉(zhuǎn)移到其他的豎向構(gòu)件中。

第九章如何選擇剪力墻連梁的兩種剛度模型