PPTSATWE软件结构计算分析讲义

PKPM结构软件件学习研讨讨会新规范版版本合理选择择计算程程序PMCAD软件：主要用于于建模，但其第第八项可可作砖混混结构和和底部框框架－抗抗震墙结结构中砖砖混部分分的抗震震分析计计算。PK软件：适用于二维框架架、排架结构构计算，尤其适用用于带重重型吊车车的工业业厂房设设计。TAT软件：采用薄壁壁杆件原原理的空间分分析软件件，适用于一一般多高高层建筑筑设计。SATWE软件：基于壳元元理论的空间有有限元分分析软件件，适用于复复杂多高高层建筑筑设计。PMSAP软件：核心是通用有限限元程序序，适用于任任意空间间结构及及复杂多多高层建建筑设计计。SATWE软件计算结果果分析结构总体体性能控控制总论论位移比和和层间位位移比周期比层间刚度度比层间受剪剪承载力力之比刚重比剪重比一、位移移比和层层间位移移比（输出结果果参见WDISP.OUT）位移比控控制的意意义位移比的的大小反反映了结结构的扭扭转效应应，同周周期比的的概念一一样都是是为了控制建筑筑的扭转转效应提出的控控制参数数。规范条文文规范条文文：新高规4.3.5条规定，，楼层竖竖向构件件的最大大水平位位移和层层间位移移，A级高度高高层建筑筑不宜大于该楼楼层平均均值的1.2倍，不应大于该楼楼层平均均值的1.5倍；B级高度高高层建筑筑、混合合结构高高层建筑筑及《高规》第10章所指的的复杂高高层建筑筑不宜大于该楼楼层平均均值的1.2倍，不应大于该楼楼层平均均值的1.4倍。在文件WDISP.OUT中,主要由以以下几个个参数来来控制位位移比和和层间位位移比：：Ratio-(X),Ratio-(Y):最大位移移与层平平均位移移的比值值Ratio-Dx,Ratio-Dy:最大层层间位位移与与平均均层间间位移移的比值值Max-Dx/h，Max-Dy/h:X,Y方向的的最大大层间间位移移角最大位位移：：墙顶、、柱顶顶节点点的最最大位位移平均位位移：：墙顶、、柱顶顶节点点的最最大位位移与与最小小位移移之和除除2最大层间位位移：墙、柱层间间位移的最最大值平均层间位位移：墙、柱层间间位移的最最大值与最最小值之和和除2按照规范要要求的定义义，位移比比表示为““最大位移移/平均位移””，而平均均位移表示示为“（最最大位移+最小位移））/2”，其中的关关键是“最最小位移””，当楼层层中产生0位移节点，，则最小位位移一定为为0，从而造成成平均位移移为最大位位移的一半半，位移比比为2。则失去了了位移比这这个结构特特征参数的的参考意义义，所以计计算位移比比时，如果果楼层中产产生“弹性性节点”，，应选择““强制刚性性楼板假定定”。层间位移角角限值《高规》第4.6.3条规定，，按弹性性方法计计算的楼楼层层间间最大位位移与层层高之比比△u/h宜符合以以下规定定：1、高度不不大于150m的高层建建筑，其其楼层层层间最大大位移与与层高之之比△u/h不宜大于于表4.6.3的限值：：结构类型△u/h限值框架1/550框－剪、框－筒、板柱－剪力墙1/800筒中筒、剪力墙1/1000框支层1/10002、高度等等于或大大于250米的高层层建筑，，其楼层层层间最最大位移移之比△△u/h不宜大于于1/500；3、高度在在150～250米之间的的高层建建筑，其其楼层层层间最大大位移与与层高之之比△u/h的限值按按本条第第1款和第2款的限值值线性插插入取用用。注注：楼楼层层间间最大位位移△u以楼层最最大的水水平位移移差计算算，不扣扣除整体体弯曲变变形。抗抗震设计计时，本本条规定定的楼层层位移计计算不考考虑偶然然偏心的的影响。。计算方法法及程序序实现位移比的的限值是是根据““刚性楼板板假定”的条件件下确定定的，其其平均位位移的计计算方法法，也基基于“刚刚性楼板板假定””。程序中对对每一层层都计算算并输出出最大水水平位移移、最大大层间位位移角、、平均水水平位移移、平均均层间位位移角及及相应的的比值，，用户可可以一目目了然地地判断是是否满足足规范。。注意事项项：复杂杂结构的的位移控控制复杂结构构，如坡坡屋顶层层、体育育馆、看看台、工工业建筑筑等，这这些结构构或者柱柱、墙不不在同一一标高，，或者本本层根本本没有楼楼板，此此时如果果采用““强制刚刚性楼板板假定””，结构构分析严严重失真真，位移移比也没没有意义义。所以以这类结结构可以以通过位位移的““详细输输出”或或观察结结构的变变形示意意图，来来考察结结构的扭扭转效应应。对对于错错层结构构或带有有夹层的的结构，，这类结结构总是是伴有大大量的越越层柱，，当选择择“强制制刚性楼楼板假定定”后，，越层柱柱将受到到楼层的的约束，，如果越越层柱很很多，计计算失真真。总总之，，结构位位移特征征的计算算模型之之合理性性，应根根据结构构的实际际出发，，对复杂杂结构应应采用多多种手段段。二、周期期比（输出结果果参见WZQ.OUT）周期比控控制的意意义周期比控控制什么么？如同位移移比的控控制一样样，周期期比侧重重控制的的是侧向刚度度与扭转转刚度之之间的一一种相对对关系，而非其其绝对大大小，它它的目的的是使抗抗侧力构构件的平平面布置置更有效效、更合合理，使使结构不不致于出出现过大大（相对对于侧移移）的扭扭转效应应。一句句话，周周期比控控制不是是在要求求结构足足够结实实，而是是在要求结构构承载布布局的合合理性。周期比不不满足要要求，如如何调整整？一旦出现现周期比比不满足足要求的的情况，，一般只只能通过过调整平平面布置置来改善善这一状状况，这这种改变变一般是是整体性性的，局局部的小小调整往往往收效效甚微。。周期比比不满足足要求，，说明结结构的扭扭转刚度度相对于于侧移刚刚度较小小，总的的调整原原则是加强结构构外圈刚刚度，削削弱结构构内筒刚刚度。规范条文文规范条文文：新高规的的4.3.5条规定，，结构扭转为主主的第一周期期Tt与平动为主主的第一周期期T1之比，A级高度高高层建筑筑不应大大于0.9；B级高度高高层建筑筑、混合合结构高高层建筑筑及复杂杂高层建建筑不应应大于0.85。对于通常常的规则则单塔楼楼结构，，如下验验算周期期比:1）根据各振振型的平平动系数数大于0.5，还是扭扭转系数数大于于0.5，区分出出各振型型是扭转转振型还还是平动动振型。。2）通常周期期最长的的扭转振型型对应的就就是第一一扭转周周期期Tt，周期最最长的平动振型型对应的就就是第一一平动周周期T1。3）对照“结结构整体体空间振振动简图图”，考考察第一一扭转/平动周周期期是否引引起整体体振动，，如果仅仅是局部部振动，，不是第第一扭扭转/平动周期期。再考考察下一一个次长长周期。。4）考察第一一平动周周期的基基底剪力力比是否否为最大大。5）计算Tt/T1，看是否否超过0.9(0.85)。多塔结构构周期比比：对于多塔塔楼结构构，不能能直接按按上面的的方方法验验算，而而应该将多多塔结构构切分成成多个单单塔，按多多个单塔塔结构分分别计算算。计算方法法及程序序实现程序计算算出每个个振型的的侧振成成份和扭扭振成份份，通过过平动系系数和扭扭转系数数可以明明确地区区分振型型的特征征。周期最长长的扭振振振型对对应的就就是第一一扭振周周期Tt，周期最最长的侧侧振振型型对应的的就是第第一侧振振周期T1（注意：：在某些些情况下下，还要要结合主主振型信信息来进进行判断断）。知知道了Tt和T1，即可验验证其比比值是否否满足规规范。。文件WZQ.OUT：结构振动动特性周期、地地震力与与振型输输出文件件(侧刚分析析方法)振型号周周期期转转角角平平动系数数(X+Y)扭转系数数10.4665128.670.25(0.10+0.15)0.7520.435119.250.95(0.85+0.11)0.0530.4262104.290.89(0.05+0.84)0.1140.1631119.980.83(0.21+0.62)0.1750.160827.030.98(0.78+0.20)0.0260.149454.480.00(0.00+0.00)1.00地震作用用最大的的方向=4.737(度)考虑扭转转耦联时时的振动动周期(秒)、X,Y方向的平平动系数数、扭转转系数振型号周周期期转转角角平平动动系数(X+Y)扭转系数数11.574283.440.06(0.00+0.06)0.9421.452490.890.94(0.00+0.94)0.0631.26650.451.00(1.00+0.00)0.0040.530290.560.03(0.00+0.03)0.9750.4025103.180.97(0.05+0.92)0.0360.374814.351.00(0.94+0.05)0.0070.3631138.630.50(0.29+0.21)0.5080.308293.370.05(0.00+0.05)0.9590.212692.740.06(0.00+0.06)0.94第一振型型为扭转转考虑周期期比限制制以后，，以前看看来规整整的结构构平面，，从新规范的的角度来来看，可可能成为为“平面不规规则结构构”文件WZQ.OUT：判断主振振型各振型作作用下X方向的基基底剪力力及占总总基底剪剪力的比比例振型号剪剪力(kN)比例(%)1302.119.2322685.8582.033171.615.24428.190.86586.252.6360.130.00显然的主振型型三、层间刚度度比（输出结果参见见WMASS.OUT）层间刚度比控控制的意义新规范要求结结构各层之间间的刚度比，，并根据刚度度比对地震力力进行放大。。

新规范范对结构的层层刚度有明确确的要求，在在判断楼层是是否为薄弱层层、地下室是是否能作为嵌嵌固端、转换换层刚度是否否满足要求等等等，都要求求有层刚度作作为依据，直直观的来来说,层刚度比的概概念用来体现现结构整体的的上下匀称度度.规范条文1）抗震规范附附录E2.1规定，筒体结结构转换层上上下层的侧向向刚度比不不宜大于2；2）高规的4.4.2条规定，抗震震设计的高层层建筑结构，，其楼层侧向刚刚度不宜小于于相临上部楼楼层侧向刚度度的70%或其上相临三三层侧向刚度度平均值的80%；3）高规的5.3.7条规定，高层层建筑结构计计算中，当地下室的顶顶板作为上部部结构嵌固端端时，地下室室结构的楼层层侧向刚度不不应小于相邻邻上部结构楼楼层侧向刚度度的2倍；4）高规的10.2.3条规定，底部部大空间剪力力墙结构，转转换层上部结结构与下部结结构的侧向刚刚度，应符合合高规附录E的规定：E.0.1)底部大空间为为一层的部分分框支剪力墙墙结构，可近近似采用转换换层上、下层层结构等效刚刚度比γ表示转换层上上、下层结构构刚度的变化化，非抗震设设计时γ不应大于3，抗震设计时时不应大于2。E.0.2)底部大空间层层数大于一层层时，其转换换层上部框架架-剪力墙结构的的与底部大空空间层相同或或相近高度的的部分的等效效侧向刚度与与转换层下部部的框架-剪力墙结构的的等效侧向刚刚度比γe宜接近1，非抗震设计计时不应大于于2，抗震设计时时不应大于于1.3。上述所有这些些刚度比的控控制，都涉及及到楼层刚度度的计算方法，目前看看来，有三种种方案可供选选择：高规附录E.0.1建议的方法——剪切刚度Ki=GiAi/hi高规附录E.0.2建议的方法——剪弯刚度Ki=Vi/Δi抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建建议方法Ki=Vi/Δui新规范软件全全部提供这三三种算法,用户可以根据据需要。具体选择，通通常选择第三种算法。四、层间受剪剪承载力之比比（输出结果参见见WMASS.OUT）层间受剪承载载力之比控制制的意义避免薄弱层的的轻易出现,若不可避免要要采取相应措措施予以加强强。规范条文新高规的4.4.3条和5.1.14条规定，A级高度高层建建筑的楼层层层间抗侧力结结构的受剪承承载力不宜小于其上一层层受剪承载力力的80％，不应小于其上一层层受剪承载力力的65％；B级高度……不应小于……75％。计算方法及程程序实现1）层间受剪承载载力的计算与与砼强度、实实配钢筋面积积等因素有关关，在用SATWE软件接PK出施工图之前前，实配钢筋筋面积是不知知道的，因此此SATWE程序以计算配配筋面积代替替实配钢筋面面积2）目前的SATWE软件在《结构设计信息息》（WMASS.OUT）文件中输出了相邻层层层间受剪承承载力之比的的比值，该比值是否否满足规范要要求需要设计计人员人为判判断。五、刚重比（输出结果参见见WMASS.OUT）刚重比控制的的意义对结构稳定性性的控制,避免建筑在地地震时发生倾倾覆.。当高层、超高高层建筑高宽宽比较大，水水平风、地震震作用较大，，地基刚度较较弱时，结构构整体倾覆验验算很重要，，它直接关系系到结构安全全度的控制。。规范条文结构刚重比大大于1.4,能够通过《高规》(5.4.4)的整体稳定验验算；该结构构刚重比大于于2.7,可以不考虑重重力二阶效应应《高规》（5.4.1）。计算方法及程程序实现重力二阶效应应即P-Δ效应包含两部部分：（1）由构件挠曲曲引起的附加加重力效应；；（2）由水平荷载载产生侧移，，重力荷载由由于侧移引起起的附加效应应。一般只考虑第第（2）种，第（1）种对结构影影响很小当结构侧移越越来越大时，，重力产生的的福角效应（P-Δ效应）将越来来越大，从而而降低构件性性能直至最终终失稳。对于多层结构构P-Δ效应影响很小小。

对于于大多数高层层结构，P-Δ效应影响将在在5%～10%之间。对对于超高层结结构，P-Δ效应影响将在在10%以上。所所以在分析超超高层结构时时，应该考虑虑P-Δ效应影响。(P-Δ效应对高层建建筑结构的影影响规律:中间大两端小小)。

框架架为剪切型变变形，按每层层的刚重比验验算结构的整整体稳定。剪剪力墙为为弯曲型变形形，按整体的的刚重比验算算结构的整体体稳定。注意事项1、结构的整体稳稳定的调整当结构整体稳稳定验算符合合高规5.4.4条，或通过考考虑P-Δ效应提高了结结构的承载力力后，对于不不满足整体稳稳定的结构，，必须调整结结构布置，减减少结构的高高宽比，提高高结构的整体体刚度（只有有高宽比很大大的结构才有有可能发生））。对对一些特殊的的工业建筑物物，在没有特特殊要求的情情况下，也应应满足整体稳稳定的要求。。2、结构大震下的的稳定第二阶段设计计是结构的弹弹塑性变形验验算，对地震震下容易倒塌塌的结构和有有特殊要求的的结构，要求求其薄弱部位位的验算应满满足大震不倒倒的位移限制制，并采用相相应的专门的的抗震构造措措施。对对于复杂和超超限高层结构构宜进行第二二阶段的设计计。

第二二阶段的弹塑塑性变形分析析，宜同时考考虑结构的P-Δ效应。为了保证结构构大震下的稳稳定，弹塑性性层间位移角角应满足下表表的要求：结构类别[θp]框架结构1/50框－剪、框－筒、板柱－剪力墙1/100剪力墙结构和筒中筒结构1/120框支层1/120多高层钢结构1/503、结构整体抗抗倾覆验算《高规》与《抗规》对高层建筑尤尤其是高宽比比大于4的高层建筑的的整体抗倾覆覆提出了更严严格的要求。。

计算时时假定基础及及地基均具有有足够的刚度度，基底反力力呈线性分布布；重力荷载载合力中心与与基底形心基基本重合（一一般要求偏心心距不大于B/60）。如为基岩岩，地基足够够刚，MR/MOV要求可是当放放松；如为中中软土地基，，MR/MOV要求还应适当当从严。地地震时，地地基稳定状态态受到影响，，故抗震设计计时，尤其抗抗震设防烈度度为8度以上地区，，MR/MOV要求还要求适适当从严；抗抗风时，可计计及地下室周周边被动土压压力作用，但但MR/MOV要求仍应满足足规程要求、、不宜放松。。

当扩大大的裙房地下下室底板较薄薄、地下室墙墙体较少、地地下室墙体、、顶板开洞削削弱较多时，，抗倾覆力矩矩计算的基础础底面宽度宜宜