邵弘钢结构讲课

PKPM新规范计算软件

TAT、SATWE、PMSAP暨钢结构设计、分析方法

目录

1。前言2。风荷载3。地震作用及结构振动特性4。地震作用调整5。作用效应组合6。设计内力调整7。结构整体性能控制8。重力二阶效应9。模拟施工荷载的两种算法10。构件抗震等级逐个定义11。弹性板类型：弹性膜、弹性板6、弹性板312。结构整体稳定验算13。高位转换结构的刚度比计算14。层刚度的算法对比15。地下室、人防的分析、设计16。多高层钢结构分析17。吊车结构的分析、设计18。温度荷载的分析、设计19。特殊风荷载分析、设计

1前言

随着新的《建筑抗震设计规范GB50011-2001》、《建筑结构荷载规范GB50009-2001》、《混凝土结构设计规范GB50010-2002》以及《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》的陆续推出，PKPM系列计算软件也同时进行了全面的改版升级。针对新规范的变动了的条文以及新增的条文，我们逐一进行了认真细致的研究和讨论，拟定实现方案，并以此为基础进行新版本计算软件的开发、维护、测试、校对。经过一年多的紧张工作，新规范版本已经完成。测试结果表明，新版本程序具有足够的成熟性和稳定性。这里将着重介绍新版TAT、SATWE和PMSAP程序的新功能。2.风荷载2.1基本风压：基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇；对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑,按100年一遇的风压值采用。

2.2地面粗糙度类别：由原来的A、B、C类，改为A、B、C、D类。C类是指有密集建筑群的城市市区；D类为有密集建筑群,且房屋较高的城市市区。2.3风压高度变化系数：略有调整。2.4脉动增大系数：略有调整。2.5脉动影响系数：原来采用高规简化方法,现在用准确方法。2.6结构的基本周期：采用经验公式或者直接采用计算周期。

体现在程序上：输入界面中增加了D类粗糙度；增加了允许用户输入结构基本周期；内部有关风荷载的计算，都改为新规范方法风荷载计算新旧规范比较

(基本风压、体型系数不变）3层圆弧框架-1.30%7层框架3.60%17层框支0.85%18层框剪1.24%21层框筒0.50%28层框筒0.00%31层框支0.67%35层框支0.33%36层剪力墙1.25%

平均：0.79%

3.地震作用及结构振动特性3.1抗震设防烈度：新抗震规范改变了抗震设防烈度与设计基本地震加速度值的对应关系，增加了7度（0.15g）和8度(0.30g)两种情况（见新抗震规范表3.2.2），因而程序在原有6,7,8,9度的基础上,又增加了7度（0.15g）和8度(0.30g)两个选项。3.2设计地震分组：设计近震、远震改为设计地震分组，分别为设计地震第一组、第二组和第三组，程序输入菜单相应修改。3.3特征周期值：比89规范增加了0.05s以上,这在一定程度上提高了地震作用。3.4地震影响系数曲线：新抗震规范5.1.5条,设计反应谱范围由原来的3s延伸到6s，分上升段、平台段、指数下降段和倾斜下降段四个区段。在5Tg以内与89规范相同，从5Tg起改为倾斜下降段，斜率为0.02。对于阻尼比ζ不等于0.05的结构,设计反应谱在阻尼比ζ等于0.05的基础上调整。地震计算剪重比新旧规范比较3层圆弧框架13.01%7层框架11.59%17层框支8.43%18层框剪10.45%21层框筒8.26%28层框筒5.49%31层框支10.77%35层框支3.79%36层剪力墙6.06%平均增加8.65%

地震最大层间平均位移新旧规范比较3层圆弧框架13.04%7层框架11.66%17层框支10.74%18层框剪13.60%21层框筒13.58%28层框筒10.81%31层框支13.33%35层框支10.75%36层剪力墙11.11%平均增加12.35%

3.5扭转耦连

新高规3.3.4-1条规定，质量、刚度不对称、不均匀的结构，以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法。

TAT、SATWE和PMSAP三个程序都具有考虑扭转耦连的功能

TAT,SATWE将该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定

PMSAP计算时总是考虑扭转耦连3.6双向地震作用

规范条文：新抗震规范5.1.1条规定，质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向地震作用下的扭转影响。

程序实现：现在我们考虑某个地震反应参数，该参数在X和Y地震作用下的反应分别为SX和SY,那么在考虑了双向地震扭转效应后：这意味着对于X和Y地震作用都作不同程度的放大。考虑双向地震时,内力组合不改变。该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定。3.7偶然偏心：新高规3.3.3条规定，计算单向地震作用时，应考虑偶然偏心的影响，附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5%。

偶然偏心的含义指的是：由偶然因素引起的结构质量分布的变化，会导致结构固有振动特性的变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。考虑偶然偏心，也就是考虑由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用。

程序考虑方式：从理论上，各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶然偏心，从最不利的角度出发，我们在程序中只考虑下列四种偏心方式：A)X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%，记作EXPB)X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，记作EXMC)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，记作EYPD)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，记作EYM偶然偏心实现方法：要实现偶然偏心，首要任务是确定各个偏心方式下的结构振动特性。最准确的办法是当然是针对不同的偏心方式重新计算结构固有振动特性，求解其广义特征值问题，但是这样做效率较低。对于完全采用刚性楼板假定的结构倒没问题，对于存在“独立弹性节点”的结构则要花费较多的时间,考虑到这一点，我们采用一种稍为简单的方式来确定振动特性：将未偏心的初始结构的各振型的地震力的作用点，按照指定方式偏移5%后,重新作用于结构上，此时结构产生的位移，就是一个近似的偏心振型。知道了偏心振型，偏心地震作用的计算就可以进行了。对内力组合的影响：考虑了偶然偏心地震后，就在原有的未偏心X、Y地震EX、EY的基础上，新增加了四个地震工况EXP、EXM、EYP和EYM，在内力组合时，任一个有EX参与的组合，将EX分别代以EXP和EXM，将增加成三个组合；任一个有EY参与的组合,将EY分别代以EYP和EYM，也将增加成三个组合。简言之，地震组合数将增加到原来的三倍。该功能设有选项开关，考虑偶然偏心时可将开关打开。

实例：

偶然偏心对构件内力的影响

构件标准内力对比(FRAM1第8层)梁支座弯矩比∶1.16(2)1.01(24)AVER=1.06

梁剪力比∶1.16(2)1.01(24)AVER=1.06

柱剪力Vx比∶1.17(23)1.01(6)AVER=1.06

柱剪力Vy比∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07

柱轴力N比∶1.09(20)1.02(2)AVER=1.05

柱底弯矩Mx比∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07

柱底弯矩My比∶1.16(23)1.01(6)AVER=1.06

柱顶弯矩Mx比∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07

柱顶弯矩My比∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07柱局部坐标下的标准内力输出：第1柱单元上节点号：1下节点号：1主轴夹角：0.0000(rad)(工况号)轴力X向剪力Y向剪力X向底弯矩Y向底弯矩X向顶弯矩Y向顶弯矩(1)91.5-219.522.7-61.9-1038.6-60.5-148.1(+5%)81.8-237.930.6-83.6-1124.2-81.5-162.0(-5%)102.2-201.5-19.954.3-954.753.2-134.5(2)222.1-146.8-108.8294.6-619.7292.8-178.9(+5%)209.2-166.4-95.5258.5-709.1257.5-194.1(-5%)235.6-129.9-122.8332.9-545.3330.2-164.9(3)26.1-49.30.0-0.2-230.40.0-35.6(4)107.4-48.1-51.0138.0-187.2137.4-72.6(5)-1214.7-85.55.1-12.5-780.4-15.0318.4(6)-138.07.70.5-1.0-19.7-1.661.0考虑偶然偏心时的地震内力

偶然偏心对最大位移比的影响（最大/平均）

不考虑考虑增加15层框剪1.20

1.31

8.11%13层框剪(PJ2)1.821.95

6.99%33层框支1.051.530.32%8层框架1.762.3926.22%21层框剪19层框剪1.57

1.75

10.04%18层框剪1.432.0329.16%平均增加18.47%

3.9竖向地震作用

规范条文

新抗震规范5.3.1条规定，对于9度的高层建筑，其竖向地震作用标准值应按公式（5.3.1-1）和（5.3.1-2）计算，并宜乘以1.5的放大系数。相当于重力荷载代表值的23.4%；新抗震规范5.3.3条规定，长悬臂和其它大跨度结构竖向地震作用标准值，8度、8.5度和9度时分别取重力荷载代表值的10%、15%和20%；新高规10.2.6条规定，带转换层的高层建筑结构，8度抗震设计时转换构件应考虑竖向地震影响。

程序变动新版本程序将竖向地震的计算开关向用户开放，是否考虑竖向地震用户自定；3.10有效质量系数：振型数够不够？

概念来源：WILSONE.L.教授曾经提出振型有效质量系数的概念用于判断参与振型数足够与否，并将其用于ETABS程序，他的方法是基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。

方法发展：现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数，这个新方法已经实现于TAT、SATWE和PMSAP。

经验：根据我们的计算经验，当有效质量系数大于0.8时，基底剪力误差一般小于5%。在这个意义上我们称有效质量系数大于0.8的情形为振型数足够；否则称振型数不够。

规范：高规5.1.13规定对B级高度高层建筑及复杂高层建筑有效质量系数不小于0.9

程序自动计算该参数并输出。TAT输出在“TAT-4.OUT”文件中，SATWE输出在“WZQ.OUT”文件中，PMSAP则输出在“工程名.ABS”文件中。八层钢框架，存在大量越层柱和弹性节点，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。原因：振型整体性差，局部振动明显8层结构算了30个振型有效质量系数仍不够算了60个振型有效质量系数够了3.11振型的方向角

概念：对一个建筑结构而言，我们这样来定义振型的方向：如果沿着角度angle作用的地震使得振型上有最大的反应，则称该方向角angle为振型的方向角。

程序：程序以此原则计算各振型的方向角。振型的方向角与周期值一起输出，0度角指的是X方向，90度角指的是Y方向，以此类推。

意义：振型的方向角有什么意义呢？我们说，它能够使我们明确地知道结构刚度的薄弱方向。对建筑结构而言，在某种意义上，两个第一侧移振型的方向角，就代表了水平地震作用的两个近似的最不利方向，当然这个方向也是别的水平力比如风荷载作用的近似最不利方向。

文件WZQ.OUT：结构振动特性

周期、地震力与振型输出文件(侧刚分析方法)

振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数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地震作用最大的方向=4.737(度)3.12主振型的判断

概念：主振型的概念必须针对特定的地震作用来定义。对于某个特定地震作用引起的结构反应而言，一般每一个参与振型都有一定的贡献，但是贡献大小不同，什么是主振型呢？贡献最大的就是主振型。关键是这个贡献指标如何取的问题。对建筑结构而言，我们认为有两个指标较为合适一个是基底剪力贡献，另一个是应变能贡献，应变能贡献具有一般性，适用范围广，基底剪力贡献则较容易为工程技术人员所接受。

程序处理：

TAT、SATWE程序给出了每个振型在每个地震方向的基底剪力贡献,用户可以根据这个指标来判断每个地震方向的主振型。

PMSAP程序则同时给出了每个振型在每个地震方向的基底剪力贡献和应变能贡献。当然对于建筑结构而言，这两个指标通常导致相同的判断。

文件WZQ.OUT：判断主振型各振型作用下X方向的基底剪力及占总基底剪力的比例振型号剪力(kN)比例(%)1302.119.23

2

2685.85

82.033171.615.24428.190.86586.252.6360.130.00显然的主振型3.13振型的侧振、扭振成分

概念：一个振型的反应能量可以分拆成平动能量和转动能量,它们各自占总能量的比例我们称为侧振成分和扭振成分。这里借鉴了ETABS程序振型方向因子的概念。如果某个振型的侧振成份大于50%，我们就把这个振型叫做侧移振型，反之如果某个振型的扭振成份大于50%，我们就把这个振型叫做扭振振型。

作用：1).通过振型成份的输出，可以使用户方便地了解各个振型的性态2).同时，也可以作为判断结构第一扭转周期与第一侧振周期的依据3.14多方向水平地震作用

规范条文：抗震规范5.1.1条规定,有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15度时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

程序实现：针对这一条，程序增加了自动计算多方向水平地震作用的功能。用户可以根据需要指定多个（最多允许12个）地震作用方向，程序对每一地震方向进行地震反应谱分析，计算相应的构件内力。在构件设计阶段，也将考虑每一方向地震作用下构件内力的组合，这样不至于漏掉最不利情形，保证了结构设计的安全。有斜交抗侧力结构无斜交抗侧力结构无斜交抗侧力结构有斜交抗侧力结构无斜交抗侧力结构有斜交抗侧力结构多方向地震主要计算结论规则框架Fram1考虑多方向地震输入，构件配筋没有增加或增加不多多方向地震输入角度的选择尽可能沿着平面布置中局部柱网的主轴方向建议选择对称的多方向地震，如45和-45，因为风荷并未考虑多方向，否则易造成配筋不对称。4.地震作用调整4.1最小地震剪力调整：新抗震规范5.2.5条规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的最小地震剪力系数λ。对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数

类别7度7.5度8度8.5度9度扭转效应明显或基本周期小于3.5s结构1.62.43.24.86.4基本周期大于5.0s结构1.2

1.82.43.24.0基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，可插入取值。根据我们的工作，绝大多数较规则的多高层建筑，其楼层最小剪重比出现在结构底层，也就是说底层剪重比是起控制作用的，少数结构其楼层剪重比的最小值不出现在底层，但与底层相比也相差很小。基于此，我们在程序中采用的调整方法是：全楼的地震力采用同一个调整系数，或者严格点说，一个地震作用方向对应一个调整系数,这个调整系数通过剪重比最小的楼层决定。对于楼层剪重比的最小值不出现在底层的结构，这种调整可能略偏于保守，但仍不失合理。这种调整方法的最大优点是：不改变地震力的分布特性，不破坏各振型地震力作用下结构内力的平衡。

文件WZQ.OUT：查看有效质量系数及地震力放大系数

Qox=2709.75(kN)Qox/Ge=8.62%Mox=48260.67(kN-m)X方向的有效质量系数:87.09%

X方向地震力放大系数:1.0004.2竖向不规则结构地震作用效应调整：规范条文：新抗震规范3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数；新高规5.1.14条规定，楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%时，该楼层地震剪力应乘1.15增大系数；新抗震规范3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25-1.5的增大系数。程序处理：

1）针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比,来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数；

2）通过用户指定转换梁来实现水平转换构件的地震内力放大。WMASS.OUT:楼层刚度比控制,薄弱层放大

FloorNo.1TowerNo.1Xstif=45.9337(m)Ystif=6.6222(m)Alf=0.0000(Degree)Xmass=46.8139(m)Ymass=7.1724(m)Gmass=1251.4342(t)Eex=0.0476Eey=0.0316Ratx=1.0000Raty=1.0000Ratx1=0.9285Raty1=0.8851薄弱层地震剪力放大系数=1.15

RJX=8.4E6(kN/m)RJY=9.4E6(kN/m)RJZ=2.8E9(kN/m)4.30.2Qo、0.25Qo的调整规范条文：新抗震规范6.2.13条规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框—剪结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和按框—剪结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。程序实现：程序对框剪结构，将依据规范要求进行0.2Q0调整,用户可以指定调整楼层的范围，同时，由于0.2Q0调整可能导致过大的不合理的调整系数，所以TAT、SATWE程序都允许用户对数据文件中的调整系数进行手工修改。SATWE程序0.2Q0调整系数的修改用户在工作目录建立文本文件SATINPUT.02Q该文件格式如下：

ISTCxCyISTCxCy………..ISTCxCy

比如：21.51.8指定第2层x向调整系数

62.01.271.21.2

SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数4.5转换梁地震作用下的内力调整：新高规10.2.6条规定，转换梁在特一级和一、二级抗震设计时，其地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。转换梁可以在特殊构件定义中由用户指定

4.6框支柱地震作用下的内力调整规范条文新高规10.2.7条规定，框支柱数目不多于10根时:当框支层为1—2层时各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%；当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。；框支柱数目多于10根时，当框支层为1—2层时每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力20%，当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。

程序实现

TAT、SATWE在执行本条时，只对框支柱的弯矩剪力作调整，由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力暂不作调整。5.作用效应组合新规范程序的作用效应组合完全按照新的荷载规范实行，同时经过分析去掉了不起控制作用的组合，具体的实现原则如下：恒活组合：1.35恒载+0.7*1.4活载1.2恒载+1.4活载1.0恒载+1.4活载当有风力作用时：1.2恒载±1.4风力1.0恒载±1.4风力1.2恒载+1.4活载±0.6*1.4风力1.0恒载+1.4活载±0.6*1.4风力1.2恒载+0.7*1.4活载±1.4风力1.0恒载+0.7*1.4活载±1.4风力当有地震力作用时：对多层结构：1.2恒载+γEG*1.2活载±1.3水平地震力±0.5竖向地震力1.0恒载+γEG*1.0活载±1.3水平地震力±0.5竖向地震力对高层结构：1.2恒载+γEG*1.2活载±0.2*1.4风力±1.3水平地震力±0.5竖向地震力1.0恒载+γEG*1.0活载±0.2*1.4风力±1.3水平地震力±0.5竖向地震力其中：γEG为可变荷载的组合值系数

三维结构计算的具体组合数51+24*2=99（柱）99*3=297（梁）恒+活+风+偶然偏心的水平地震(活荷不利布置)53+24*2=101（柱）101*3=303（梁）恒+活+风+偶然偏心的水平地震+竖向地震(活荷不利布置)53（柱）53*3=159（梁）恒+活+风+水平地震+竖向地震(活荷不利布置)新规范作用组合6.设计内力调整(强柱弱梁,强剪弱弯)6.1梁设计剪力调整：抗震规范第6.2.4条和高规第6.2.5、7.2.22条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其梁端截面组合的设计剪力值应调整。6.2柱设计内力调整：为了体现抗震设计中强柱弱梁概念设计的要求，抗震规范第6.2.2、6.2.3、6.2.6、6.2.10条和高规第4.9.2条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架柱、框架结构的底层柱下端截面、角柱、框支柱的组合设计内力值应调整。6.3剪力墙设计内力调整：高规第7.2.10、10.2.14、4.9.2条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的剪力墙底部加强区和非加强区截面组合的设计内力值应调整。

程序具体采用的调整系数详见用户手册。7.结构整体性能控制7.1位移控制

规范条文：

新高规的4.3.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。程序处理：针对此条，程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，用户可以一目了然地判断是否满足规范。

文件WDISP.OUT：

位移、位移比、层间位移、层间位移比===工况1===X方向地震力作用下的楼层最大位移

FloorTowerJmaxMax-(X)Ave-(X)Ratio-(X)hJmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/h311412.181.951.123600.1412.051.771.161/1752.21930.130.111.143600.930.080.061.201/9999.11450.050.051.125500.450.050.051.161/9999.

X方向最大值层间位移角:1/1367.7.2周期比控制规范条文：新高规的4.3.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。如何验算周期比：主要为控制结构在地震作用下的扭转效应。要计算这个周期比，首先要知道哪个周期是第一扭转周期，哪个周期是第一侧振周期。基于此，新版程序从能量的观点计算出了每个振型的侧振成份和扭振成份（二者之和等于1.0）,如果某个振型的侧振成份大于扭振成份，那么这个振型就是侧阵振型，反之则是扭振振型。以此为基础，第一侧振周期和第一扭振周期一般情况下可以这样判断：周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1（注意：在某些情况下，还要结合主振型信息来进行判断）。知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范此外：周期比应该在两个主方向上分别验算。多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。周期比控制什么？如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。所以一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性

考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动系数、扭转系数振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数

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第一振型为扭转P平面貌似规整的剪力墙结构，但第一振型为扭转平面貌似规整的框剪结构，但第一振型为扭转7.3层刚度比控制：新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；新高规的4.4.2条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%；新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍；新高规的10.2.3条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录E的规定：E.0.1：底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时不应大于2。E.0.2：底部大空间层数大于一层时，其转换层上部框架-剪力墙结构的与底部大空间层相同或相近高度的部分的等效侧向刚度与转换层下部的框架-剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。上述所有这些刚度比的控制，都涉及到楼层刚度的计算方法，目前看来，有三种方案可供选择：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条文说明中建议方法Ki=Vi/Δui

新规范软件全部提供这三种算法,用户可以根据需要具体选择。用层剪弯刚度或层剪切刚度判别的薄弱层,用层侧向刚度判别则不一定是薄弱层用抗震规范方法最容易通过用三种方法计算的楼层刚度同一工程3种算法计算层刚度比的比较

剪切刚度剪弯刚度抗震规范楼层1

否否否楼层2否否否楼层3否否否楼层4是是否楼层5否否否7.4框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算：新抗震规范第6.1.3条、高规8.1.3条规定，框架-剪力墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，柱轴压比限值宜按框架结构采用。抗震规范第6.1.3条的条文说明给出了框架部分承担的倾覆力矩的计算方法：

Mc=∑∑Vijh

其中，Vij代表柱剪力，h代表层高。新版程序将依据此式来进行计算文件WV02Q.OUT:框架倾覆力矩百分比

8.重力二阶效应

条文：高规（5.4.2）条和混凝土规范（7.3.12）条都提到重力二阶效应问题。

概念：重力二阶效应一般称为P-DELT效应，在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时,竖向荷载就会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量，这个分量将加大水平位移量，同时也会加大相应的内力，这在本质上是一种几何非线性效应。

程序实现：我们在TAT、SATWE和PMSAP程序中都提供了计算P-DELT效应的开关,用户可以根据需要选择考虑或者不考虑P-DELT效应。具体实现时，我们计算竖向荷载引起的整个结构的几何刚度，以此修改原有结构总刚，从而实现P-DELT效应的计算。新版本程序P-DELT效应的实现方法具有一般性，它既适用于采用刚性楼板假定的结构，也适用于存在独立弹性节点的结构，解除了老版本程序的局限性。在调试过程中，我们曾经与ETABS程序作了对比，发现二者吻合得非常之好，这也从一个侧面验证了我们的方法。值得注意：考虑P-DELT效应后,结构周期一般会变得稍长，这是符合实际情况的。P-DELT效应与柱的计算长度系数有密切的相关对于钢筋混凝土柱，P-DELT效应反应了柱的整体稳定的要求。如用户选择不考虑P-DELT效应，则在柱配筋计算时，程序将考虑柱的长度系数，并按混凝土规范第7.11.3条采用，同时考虑偏心矩的放大；如用户选择考虑P-DELT效应，则程序取柱长度系数为1.0。9.模拟施工荷载的两种算法

概念：高层建筑结构当竖向恒载一次加上时，其上部的竖向位移往往偏大，为了协调如此大的竖向位移，有时会出现拉柱或梁没有负弯矩的情况。而在实际施工中，竖向恒载是一层一层作用的，并在施工中逐层找平，下层的变形对上层基本上不产生影响。结构的竖向变形在建造到上部时已经完成得差不多了，因此不会产生一次性加荷所产生的异常现象。程序对竖向恒载作用专门做了处理，可以考虑施工加荷的这种因素。

对于施工模拟，TAT、SATWE、PMSAP提供了两种方式供选择：

一种叫做施工模拟1，它就是上面说的考虑分层加载、逐层找平因素影响的算法；

另一种叫做施工模拟2，它的含义是：将竖向构件(柱、墙)的刚度放大10倍后再做施工模拟1。采用算法2时，计算出的传给基础的力较为均匀合理，可以避免墙轴力远大于柱轴力的不合理情形。由于竖向构件的刚度放大，将使得水平梁的两端竖向位移差减小，从而其剪力减小，这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的重分配，所以算法二的荷载分配结果，更接近于手算结果。10.SATWE梁、柱、支撑、剪力墙抗震等级的逐个定义功能11.SATWE新增的弹性板类型-弹性膜弹性板3：面内无限刚，面外弯曲板弹性板6：面内弹性膜，面外弯曲板弹性膜：面内弹性膜，面外无刚度刚性楼板:面内无限刚，面外无刚度12.整体稳定验算按照高规5.4.1计算结构的等效侧向刚度E由此计算结构刚重比。输出结果参见WMASS.OUT13.

对高位转换结构的刚度比计算

输出结果参见WMASS.OUT14.层刚度计算和层刚度比新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，所以刚度比的合理计算较为重要。新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，所以层刚度计算的准确性就比较重要。程序提供了三种计算方法：

1。楼层剪切刚度； 2。单层加单位力的楼层剪弯刚度； 3。楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度。

这三种计算方法有差异是正常的，可以根据需要选择。

对于大多数一般的结构应选择第3种层刚度算法；对于多层结构可以选择第1种层刚度算法；对于有斜支撑的钢结构可以选择第2种层刚度算法。转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。15.地下室、人防的设计分析使用SATWE对地下室、人防的正确分析和设计。5.1地下室的刚度和分析1。地下室一般与上部结构共同分析；2。地下室能否与上部结构分开独立计算，取决于地下室的层刚度，当地下室层刚度大于上部层刚度的2倍时，地下室与上部结构可以分开计算，否则应共同计算；3。当地下室与上部结构共同分析时，地下室回填土的约束作用用增加地下室层刚度的方法模拟，即程序中所提到的相对刚度，一般取3；4。当定义了地下室后，侧向不论有无约束，风力的计算都按有地下室考虑，即在计算高度系数时，扣除地下室的高度；5。相对约束刚度如果选择：

A。取0，则表示外围对地下室没有约束，此时地震的计算与没有设地下室一样；

B。取小于0，如-3，则表示地下室的侧向位移被完全嵌固；

C。取有限值，如3，则表示侧向约束产生的刚度是地下室层刚度的3倍。6。地下室与上部结构共同分析是一种更合理的分析方法，共同分析使上部结构的轴力、弯矩可以传给地下室结构，而剪力可以根据需要传递。5.2地下室和人防的设计1。设计参数分第1层和其他层，对最下一层的地下室其设计调整系数按第1层的系数取用，其他层地下室按其他层系数取用，±0层按第1层系数取用，±0以上层按其他层系数取用；2。地下室考虑侧向土压力和水压力，此时土、水压力按：

qs=hs

wsγ qw=hw

三角形作用形式其中：hs、hw----为土、水的深度；ws----为土的容重；

γ----为土的侧压力系数当土、水同时作用时，还要减去水的浮力。3。对有人防的内外临空墙，还有侧向人防荷载。人防侧向荷载与侧向土、水压力综合为一个侧向均布力，对外墙和临空墙作剪力墙平面外的水平、竖向分布筋的配筋；4。人防的竖向力按活荷载分布规律分布，并作用在梁墙上，所以结构必须计算活荷载；5。人防设计只考虑人防层及以下层，人防以上层不考虑。16.多层及高层钢结构分析设计技术要点（1）在软件编制中按照《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《钢结构设计规范》及《高层民用建筑钢结构技术规程》对钢构件进行截面相应的截面强度、整体稳定、局部稳定等的验算。（2）按《高层民用建筑钢结构技术规程》计算地震力和地震参数，可对钢柱进行0.25Q0的基底剪力调整。（3）在抗震规范的第八章中，对钢柱、钢梁和钢支撑以强制条文的方式，规定了杆件的宽厚比、高厚比和长细比，所以当遇到不满足强制性条文的规定时，软件将严格报错，以提示用户注意。

钢结构的整体分析（1）钢结构的整体分析与混凝土结构一样，不但要满足抗震规范的相应条文，如：最小基底剪力、薄弱层、层刚度比、位移比、周期比、最大位移角等等控制，还应该根据钢结构变形较大的特点，考虑偶然偏心、双向地震、二阶变形效应，如：P-Δ效应。对重要的结构还应考虑弹塑性变形分析，如：弹塑性动力时程分析、弹塑性静力推覆分析。（2）当钢结构是由空间杆件组成，带有大量的空洞、交错结构、空间斜交结构，空间弧形构件、支架、塔架、桁架、屋架等等，在分析时会产生大量的独立的“弹性节点”，这就要求在建模、分析时注意：复杂构件连接应尽量选择空间整体建模，如SPASCAD；整体分析时振型数应取得足够的多，应以“有效质量系数”大于90%为满足依据。（3）由于钢的弹性模量比混凝土大的多，对纯钢结构可以按“一次性加载”计算恒载。钢结构允许变形大,分析时最好考虑P-Δ效应，以对这种较大变形进行补充计算。考虑P-Δ效应后，水平位移增大约5%～10%。一般当杆间位移角大于1/250时应该考虑P-Δ效应。（4）钢柱的“有侧移”、或“无侧移”选择，可以按以下原则考虑： （A）当楼层最大杆间位移小于1/1000时，可以按无侧移设计； （B）当楼层最大杆间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数可以按1.0设计； （C）当楼层最大杆间位移大于1/300时，应按有侧移设计。（5）目前软件没有考虑钢梁柱节点的剪切变形，可以通过加强钢柱的节点域，如在节点中间夹焊缀板等方法，来提高节点域的刚度，减少节点域的剪切变形。这一点对H型钢的柱节点尤其重要，在高层钢结构设计中也是要重点关注的。钢结构的位移控制（1）抗震规范规定，当地震力作用下的位移应小于1/300，当结构为高层钢结构时，可以放松到1/250。同时还应考虑舒适度的要求，控制顶点的加速度值。（2）同样钢结构也应该有偶然偏心、双向地震，并且位移控制也要考虑偶然偏心和双向地震。钢构件的设计控制（1）当为转换层结构时，对转换构件也要在“特殊构件”中按“转换梁”、“框支柱”定义，软件在计算时将考虑规范的要求，对转换梁、框支柱进行地震内力放大。（2）对于按支撑输入的斜柱，应在“特殊构件”定义中把其两端的连接属性改为两端刚节，这样斜柱将按支撑和柱设计验算取大值。同样当钢梁产生轴力时，钢梁也应按钢柱的方式验算强度、稳定，与受弯构件的验算比较取大值控制。而且对两端铰接梁还要按照水平支撑的要求，按支撑的方式验算。（3）对于混合结构，其中的钢结构部分应按要求进行分析演算，对混凝土部分则应参照有关相应的规范进行设计验算。17. 带吊车荷载作用的结构设计吊车荷载说明（1）在TAT和SATWE的吊车荷载计算中，没有考虑吊车荷载对吊车梁的影响，即没有按照影响线的方式考虑吊车梁，吊车梁应采用其它软件专门分析。所以TAT和SATWE所分析的吊车荷载适用除吊车梁以外的其余构件。（2）软件要求根据吊车的形式，如对各种轨道、轮压点的吊车，给出最大轮压反力（或作用）及最小轮压反力（及作用），不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。（3）在一对轨道内的吊车荷载称为第1组吊车荷载（不论该对轨道内有几部吊车），第二对吊车轨道则可以定义第2组吊车荷载等等。（4）纵上所述，吊车的论压荷载是一个综合的作用反力，它是需要通过对吊车梁、柱的影响线分析才能得到的。也可以在一些设计手册中查找。（5）吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。

吊车荷载的计算模型

由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上，所以在牛腿处应该设置一个标准楼层，并且在沿吊车运行轨迹方向应定义框架梁，如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁，也应把吊车梁作为两端铰接梁输入，吊车荷载的移动顺序是通过轨迹上的梁所确定的，这是吊车运行轨迹方向必须布置梁的原因。吊车荷载的计算吊车荷载的作用点就是与吊车轨道平行的柱列各节点，它是根据吊车轨迹由程序自动求出。在TAT、SATWE软件中选择“吊车荷载计算”，则对吊车荷载作如下计算：（1）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用；（2）求出每组吊车的加载作用节点；（3）对每对节点作用4组外力，分别为：a.左点最大轮压、右点最小轮压；b.右点最大轮压、左点最小轮压；c.左、右点正横向水平刹车力；d.左、右点正纵向水平刹车力；（4）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力；（5）分别按轮压力和刹车力，求每根柱的预组合力，预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。合理的计算模型（1）在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板，所以应考虑该层的节点为“弹性节点”即不受刚性楼板假定的制约。即使是多层工业厂房，在吊车柱的外边有楼板，也要按“弹性楼板”考虑，或者不考虑楼板的存在和作用，这样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的影响。（2）当吊车柱之间设有交叉支撑时，必须考虑支撑的作用，在吊车柱的设计中，可适当减少吊车柱在支撑布置方向的长度系数。（3）注意：当这种结构产生了多个“弹性节点”后，地震振型数就要增加。振型分析也应该采用“总刚模型”。预组合目标吊车柱预组合目标共14项：（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,-Mymax吊车荷载作用下梁的预组合目标为：（1）+Mmax/T、（2）-Mmax/T、（3）-Vmax/N预组合方式（1）吊车柱预组合分别有“只考虑轮压的预组合力”和“考虑轮压加刹车的预组合力”。预组合1——

是吊车的“轮压+刹车”内力组合；预组合2——

是吊车的“轮压”内力组合。（2）梁预组合也按照“只考虑轮压的预组合力”和“考虑轮压加刹车的预组合力”这两种情况搜索出梁的包络内力，即为：预组合1——

轮压+刹车包络内力；预组合2——

轮压包络内力。吊车荷载的组合方式（1）当结构考虑吊车计算时，吊车荷载作为可变荷载的一种类型，按上节的组合原则对吊车荷载作用进行相应组合。（2）在有活荷载参与的组合中，把楼面的竖向作用活荷载产生的内力与各个吊车荷载预组合内力叠加，产生新的活荷载，再与恒载、地震力组合，产生组合设计内力，对构件进行配筋、验算等操作。（3）吊车荷载的组合系数与楼面竖向活荷载一样，即为：γL。吊车荷载结构的设计注意事项

TAT、SATWE可以分析带吊车的结构。但有以下几个问题：（1）地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重；（2）没有考虑吊车梁的作用；（3）吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。因为吊车的桥架重和吊重是移动荷载，所以很难确定质量的位置，在地震分析中这部分的质量没有计入，则计算地震作用局部算小了，可以通过地震作用放大来弥补这个问题。对于吊车梁，当排架中间有框架梁，则应输入该框架梁，否则应把吊车梁按两端铰接梁定义、输入。在用TAT、SATWE分析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。排架柱的计算长度可以人工修正，因此在用软件设计中要注意以下几点：（1）对于重型吊车、排架结构应用PK计算；（2）TAT、SATWE适用于中、轻