PKPM 设计参数 钢结构新型结构.docx

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PKPM设计参数钢结构新型结构

PKPM设计参数

PKPM设计参数

楼层组装—设计参数

a.总信息

1．    结构体系（框架，框剪，框筒，筒中筒，剪力墙，断肢剪力墙，复杂高层，砌体，底框）。

2．    结构主材（钢筋混凝土，砌体，钢和混凝土）。

3．    结构重要性系数（《高层混凝土结构技术规程》4.7.1，混凝土规范3.2.3）。

4．    底框层数，地下室层数按实际选用。

5．    梁柱钢筋的混凝土保护层厚度（《混凝土结构设计规范》表3.4.1及表9.2.1）。

6．    与基础相连的最大楼层号，按实际情况，如没有什么特殊情况，取1。

7．    框架梁端负弯矩调幅系数一般取（0.85—0.9）《高层混凝土结构技术规程》5.2.3条文中有说明。

b.材料信息

1．    混凝土容重取26-27，全剪力墙取27，取25时需输入粉刷层荷载。

2．    钢材容重取78。

3．    梁柱主筋类别，按设计需要选取。

优先采用三级钢，可以节约钢材。

SATWE设计参数

a.总信息

1．    水平力与整体坐标夹角（度），通常采用默认值。

（逆时针方向为正,当需进行多方向侧向力核算时,可改变次参数）

2．    混凝土容重取26-27，钢材容重取78。

3．    裙房层数，转换层所在层号，地下室层数，均按实际取用。

（如果有转换层必须指定其层号）。

4．    墙元细分最大控制长度，这是在墙元细分时需要的一个参数，对于尺寸较大的剪力墙，在作墙元细分形成一定的小壳元时，为确保分析精度，要求小壳元的边长不得大于给定限值Dmax,程序限定1.0≤Dmax≤5.0,隐含值为Dmax=2.0,Dmax对分析精度略有影响,但不敏感,对于一般工程,可取Dmax=2.0,对于框支剪力墙结构,Dmax可取略小些,例如Dmax=1.5或1.0。

5．    对所有楼板强制采用刚性楼板假定（在计算结构位移比时选用此项，除了位移比计算，其他的结构分析、设计不应选择此项）。

6．    墙元侧向节点信息：

这是墙元刚度矩阵凝聚计算的一个控制参数，若选“出口”，则只把墙元因细分而在其内部增加的节点凝聚掉，四边上的节点均作为出口节点，墙元的边形协调性好，分析结果符合剪力墙的实际，但计算量大。

若选“内部”则只把墙元上、下边的节点作为出口节点，墙元的其他节点均作为内部节点被凝聚掉，这时，带动口的墙元两侧边中部的节点为变形不协调点。

这是对剪力墙的一种简化模拟，其精度略逊于前者，但效率高，实用性好。

在为配筋而进行的工程计算中，对于多层，由于剪力墙较少，应选择“出口”，对于高层，由于剪力墙较多，工程规模较大，可选“内部”。

7．    结构材料信息（钢筋混凝土结构，钢与混凝土混合结构，有填充墙钢结构，无填充墙钢结构，砌体结构），根据结构材料的不同进行选择。

8．    结构体系（框架，框剪，框筒，筒中筒，剪力墙，断肢剪力墙，复杂高层，板柱剪力墙），根据结构体系的不同进行选择。

9．    恒活荷载计算信息[不计算恒活荷载（不计算竖向力），一次性加载（按一次加载方式计算竖向力），模拟施工加载1，模拟施工加载2]。

“模拟施工加载1”方式较好地模拟了在钢筋混凝土结构施工过程中，逐层加载，逐层找平的过程。

但这是在“基础嵌固约束”假定前提下的计算结果，未能考虑基础的不均匀沉降对结构构件内力的影响。

若结构地基无不均匀沉降，上述分析结果更能较准确地反映结构的实际受力状态，但若结构地基有不均匀沉降，上述分析结果会存在一定的误差，尤其对于框剪结构，外围框架柱受力偏小，而剪力墙核心筒受力偏大，并给基础设计带来一定的困难。

“模拟施工加载2”是在原模拟施工加载计算原则的基础上，通过间接方式（将竖向构件的轴向刚度增大10倍），在一定程度上考虑了基础的不均匀沉降。

这样，基础的受力更均匀。

对于框剪结构而言，外围框架柱受力有所增大，剪力墙核心筒受力略有减小，但付出的代价是计算时间增大接近一倍。

    “模拟施工加载1”和“模拟施工加载2”所得到的计算结果，在局部可能会有较大差异。

“模拟施工加载2”的计算结果用于基础设计是比较理想的；若将其用于上部结构设计，目前阶段经验不多，仅供设计人员参考。

10．    风荷载计算信息（计算，不计算），风荷载通常情况下是需要计算的。

11．    地震作用计算信息（不计算地震作用，计算水平地震作用，计算水平和竖向地震作用），《建筑抗震设计规范》1.0.2规定抗震设防烈度6度及以上地区必须进行抗震设计。

是否计算竖向地震作用按照5.1.1条文的规定确定。

b.风荷载信息

1．    地面粗糙度类别，按照《建筑结构荷载规范》7.2.1和《高层混凝土结构技术规程》3.2.3确定。

2．    修正后的基本风压（高度超过60米的高层建筑按100年一遇的风压值采用）《高层混凝土结构技术规程》3.2.2及条文说明。

3．    结构基本周期初次计算时可按缺省值即经验公式确定，在计算完成后应按计算获得的周期结果重新带入计算。

4．    体形系数，按实际情况选用。

此项查取《高层混凝土结构技术规程》3.2.5。

5．    设缝多塔背面体形系数，根据结构不同的体形系数选用。

可以指定各塔的系数，程序可以自动考虑挡风面的影响，并采用此处输入的背风面体形系数对风荷载进行修正。

c.地震信息

1．    规则性信息按《建筑抗震设计规范》3.4节条文内容选用，确定是规则还是不规则。

2．    扭转耦连信息程序在模态分析时采用的是完整刚度矩阵，计算震型数的取值应遵循《建筑抗震设计规范》5.2.2条规定，振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。

在振型组合时包括耦联和非耦联，对于空间结构一般都考虑耦联。

3．    设计地震分组按《建筑抗震设计规范》附录A中查取。

4．    设防烈度按《建筑抗震设计规范》附录A中查取。

5．    场地类别按地质勘查报告和《建筑抗震设计规范》4.1.6条确定。

6．    框架抗震等级按《建筑抗震设计规范》6.1.2条和《高层混凝土结构技术规程》4.8.2确定。

其中参数0代表特一级，1代表一级，以此类推，5代表不考虑抗震构造要求。

7．    剪力墙抗震等级按《高层混凝土结构技术规程》4.8.2确定。

8．    考虑偶然偏心，如果考虑偶然偏心，程序自动增加4个工况，分别是质心沿Y正、负向偏移5%的X地震和质心沿X正、负向偏移5%的Y地震。

按《高层混凝土结构技术规程》3.3.3规定，计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。

9．    考虑双向地震作用，《建筑抗震设计规范》5.1.1-3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作用。

10．    计算震型个数取3的倍数，高层应至少选用9个，考虑扭转耦联计算时，震型应不少于15个，对多塔结构不应少于塔数*9个，计算时要检查Cmass-x,Cmass-y两个方向的有效质量系数不小于90%，达不到时应增加震型数，然后重新计算。

一般每层3个，增加多了会造成地震力异常。

11．    活荷质量折减系数一般取0.5，特殊情况参照《建筑抗震设计规范》5.1.3条。

12．    周期折减系数根据《高层混凝土结构技术规程》3.3.17条选用。

对框架结构，若填充墙较多，周期折减系数可取0.6-0.7，填充墙较少时可取0.7-0.8，对于框架-剪力墙结构，可取0.8-0.9。

纯剪力墙结构0.9-1.0或不折减。

13．    结构的阻尼比（%）参照《建筑抗震设计规范》5.1.5条选用，钢结构参照《建筑抗震设计规范》8.2.2选取。

14．    特征周期Tg（秒）按《建筑抗震设计规范》表5.1.4-2选取，地震分组查附录A，场地类别看地质报告。

15．    多遇地震影响系数最大值按《建筑抗震设计规范》表5.1.4-1选取，罕遇地震影响系数最大值

16．    斜交抗侧力构件方向附加地震数？

相应角度？

有斜交抗侧力构件的结构按《建筑抗震设计规范》5.1.1-2条文确定。

最多允许附加5组地震。

d.活荷信息

1．    柱、墙设计时活荷载一般不折减，传到基础的活荷载应折减。

（《建筑结构荷载规范》4.1.2条）

2．    梁活荷不利布置，最高层号。

0表示不考虑，若填入一个大于零的数，则在1-此层的各层考虑梁的活荷载不利布置。

需要考虑活荷载不利布置时选用。

最好用此方法，而不用梁弯矩放大系数。

3．    柱、墙、基础活荷载折减系数《建筑结构荷载规范》4.1.2条

e.调整信息

1．    梁端负弯矩调整系数按照《高层混凝土结构技术规程》5.2.3-1条通常取0.8-0.9。

2．    梁设计弯矩放大系数通常为1。

3．    连梁刚度折减系数按照《高层混凝土结构技术规程》5.2.1要求，不宜小于0.5，通常取0.5-0.7。

说明书要求不小于0.55。

4．    中梁刚度放大系数按照《高层混凝土结构技术规程》5.2.2要求，取1.3-2.0。

5．    梁扭矩折减系数按照《高层混凝土结构技术规程》5.2.4进行折减，折减系数不宜小于0.4,说明书中要求0.4-1.0。

6．    剪力墙加强区起算层号（丛嵌固层开始算，嵌固层按《高层混凝土结构技术规程》5.3.7）

7．    调整与框支柱相连的梁内力,规范要求对框支柱的地震作用弯矩、剪力进行调整。

程序自动对框支柱的弯矩、剪力作调整，由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，给出一个控制开关，由设计人员确定是否对框支柱相连的框架梁的弯矩、剪力进行调整。

8．    按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力（通常要选择，以保证结构的剪重比符合要求）。

9．    九度结构及一级抗震框架梁柱钢筋超配系数（对于9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构，框架梁和连梁端部弯矩、剪力调整应按实配钢筋和材料强度标准值来计算。

程序要求输入超配筋系数）

10．    指定的薄弱层个数，层号，对于存在薄弱层或者存在转换层的高层建筑，应该进行指定，一般转换层为薄弱层。

11．    全楼地震作用放大系数,可以通过调整此参数来放大地震作用，提高结构的抗震安全度，其经验取值范围为1.0-1.5

12．    0.2Q0调整起始层号，终止层号。

（把起始层号填为负值，程序将不控制上限值，否则仍按上限2.0控制）只对框剪结构的框架梁、柱起作用，若不调整，这两个数均填零。

框剪结构必须要求调整。

13．    屋顶塔楼地震作用放大起算层号，放大系数当震型多于9个时取1，否则按底部剪力法取3（《建筑抗震设计规范》5.2.4）

f.设计信息

1．    考虑P-Δ效应（根据《建筑抗震设计规范》5.4节要求，确定是否选择）。

2．    梁柱重叠部分简化为刚域（《高层混凝土结构技术规程》5.3.4）。

不选择此项叠合部分按梁计算。

3．    按高规或高钢规进行结构设计。

根据不同的结构形式和材料选用不同的规范进行设计。

4．    钢柱计算长度按有侧移计算。

5．    混凝土柱的计算长度系数执行混凝土规范7.3.11-3。

6．    结构重要性系数按《高层混凝土结构技术规程》4.7.1，《混凝土结构设计规范》3.2.3）

7．    梁柱钢筋的混凝土保护层厚度（《混凝土结构设计规范》表3.4.1及表9.2.1）。

8．    柱配筋计算原则（按单偏压计算，按双偏压计算）。

根据《高层混凝土结构设计规程》6.2.4条规定，框架角柱应按双向偏心受力构件进行承载力设计。

g.配筋信息

1．    根据所选用钢筋的情况选择强度，间距。

h.荷载组合

1．    按照荷载规范和抗震规范的要求选择合适的系数。

i.地下室信息

1．    回填土堆地下室约束相对刚度比（基础回填土对结构约束作用的刚度与地下室抗侧移刚度的比值，若取0，则认为回填土对结构没有约束作用；若天一负数m（m小于等于地下室层数）则认为有m层地下室无水平位移）保护层厚度按混凝土规范。

2．    地下室外墙侧土水压力参数—回填土容重（根据实际情况选用）

                  ---室外地坪高（根据实际情况选用）高于0.000为正，低于0.000为负。

                  ---回填土侧压力系数（根据实际情况选用）

                  ---地下水位标高（根据实际情况选用）高于0.000为正，低于0.000为负。

                  ---室外地面附加荷载（根据实际情况选用）

3．人防设计信息        ---人防设计等级（根据实际情况选用）

                  ---人防地下室层数（根据实际情况选用）

                  ---顶板人防有效荷载（根据实际情况选用）

                  ---外墙人防有效荷载（根据实际情况选用）

j.特殊梁柱

1．    框架角柱需要定义，根据《高层混凝土结构设计规程》6.2.4条规定，框架角柱应按双向偏心受力构件进行承载力设计。

一、二、三级框架角柱应按6.2.1—6.2.3调整后的弯矩、剪力设计值应乘以不小于1.1的增大系数。

k.计算控制参数

1．    主要计算信息

---刚心坐标、层刚度比计算（计算）

                  ---形成总纲并分解（计算）

                  ---结构地震作用计算（6度及以上设防烈度时计算）

                  ---结构位移计算（计算）

                  ---全楼构件内力计算（计算）

                  ---吊车荷载计算（按实际情况确定是否计算）

                  ---生成传给基础的刚度（如果进行基础计算，应选择此项）

                  ---构件配筋及验算（可以设定起始和终止层数）

2．    层刚度比计算

                ---剪切刚度（按《高层混凝土结构设计规程》给出的方法计算,可以适用于有斜撑的结构）

                ---剪弯刚度（按有限元方法，通过加单位力来计算的）

                ---地震剪力与地震层间位移的比（按《建筑抗震设计规范》条文说明给出的方法）

3．    地震作用分析方法

---侧刚分析方法（按侧刚模型进行结构振动分析）

---总刚分析方法（按总刚模型进行结构振动分析，当考虑楼板的弹性变形，或有较多的错层构件时，建议采用总刚模型，其他情况均采用侧刚分析方法。

4．    线性方程组解法

                  ---VSS向量稀疏求解器（新的计算求解器，计算速度比原有的LDLT求解器快）

                  ---LDLT三角分解（SATWE原有求解器）

5．    位移输出方式

                  ---简化输出

                  ---详细输出

计算结果：

（SATWE软件版本为2002年12月）。

1.剪力墙配筋

  SATWE根据新规范计算剪力墙配筋,增加了边缘构件计算,因此在其传统的平面配筋简图中表示的剪力墙墙柱（暗柱、端柱和翼墙）配筋不再作为配筋设计的直接依据,仅作为参考保留,设计墙柱配筋时应根据边缘构件配筋简图或剪力墙边缘构件输出文件SatbInb.out进行设计。

但是SATWE目前还未将平面配筋简图和边缘构件配筋简图的内容结合在同一图形内统一表达,所以对墙体水平配筋值和超限信息依旧在平面配筋简图中表示,边缘构件配筋简图中仅表示墙柱设计配筋值及截面尺寸。

  在目前的平面配筋简图中表示的墙柱配筋值指的是计算值而非设计值,未考虑最小配筋率等构造要求,当某段墙肢墙柱配筋值显示为0时,则表示该墙柱为构造配筋。

需要注意的是,在边缘构件配筋简图中,虽然软件自动计算了墙柱的截面尺寸,但是出于某些原因该尺寸可能并不一定符合实际情况,需要设计者在设计时予以调整。

另外,对顶部有小塔楼的结构,SATWE在计算底部加强部位范围时,对墙肢总高度的取值,是按首层楼面至小塔楼屋面的总高度计算的而不是按各墙肢自身总高度分别计算的,程序自动将底部加强部位向上延伸一层计算约束边缘构件。

2.地下室结构'

  当墙体为挡土墙时,软件目前并未在平面配筋简图中给出墙体在平面外受力的配筋,所以若想得到这类墙体的配筋数据,应在文本文件中查询与该层对应的配筋文件。

但是由于实际工程中情况千变万化,而软件又有一定的适用范围,所以对地下室挡土墙的计算还是以手算为好,当采用软件计算结果时,应注意人工复核。

另外,对于有窗井的地下室结构,可以在PMCAD中建模,窗井顶部设置为全房间洞,SATWE软件可以计算窗井隔墙对竖向构件的侧向作用。

对计算结果,亦应注意人工复核。

3.带地下室结构嵌固层的选取

  《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.3.7条规定,当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍,而规范中设计内力调整系数所对应的底层即指嵌固层楼板。

因此,正确选取嵌固层就成为结构整体计算是否正确的关键。

但是目前软件尚无法自动判断嵌固层位置,而且工程实践中情况千差万别,要求软件做到自动判断亦十分困难,仍然需要设计者进行人工干预,软件为此提供了必要的条件。

首先可以按实际地下室层数进行第一次计算,查文本文件中的"结构设计总信息",软件自动计算了楼层上下侧向刚度,这是结构自身的固有性质,不会因地下室层数的变化而改变,据此可以判断嵌固层的位置（当然,对一般工程来说,也可以根据规范提供的公式手算楼层侧向刚度比）。

然后根据嵌固层位置调整计算参数中的"地下室层数"进行第二次计算,SATWE将设计内力调整系数作用在地下室顶板上。

但是对实际工程,地下室结构一般都有侧向土体约束,对带有多层地下室的结构,当地下室顶板不能作为嵌固层时,单纯将地下结构加入到主体结构中进行计算,即认为嵌固层位置在地下二层楼板处或更低,则可能造成结构的内力与位移计算结果不符合实际情况,甚至导致薄弱层位置变化等等。

因此在设计时,应将两种计算结果进行比较,取最不利结果作为设计依据。

应注意,SATWE允诈利用"地下室信息"里的"回填土对地下室约束刚度比"参数来控制地下室结构的水平位移,但是这一参数并不影响设计内力调整系数作用位置。

另外,《建筑抗震设计规范》中关于"位于地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和"的规定,目前软件还没有考虑。

4.结构扭转周期计算

  计算扭转时应按刚性板假定进行,而不应设置弹性板,否则计算出来的结构扭转周期和结构位移是不真实的。

因此,当结构计算中需要指定某些板块为弹性板时,应先按无弹性板模型考查结构扭转是否合格,配筋设计时取两种模型计算的最不利结果作为设计依据。

值得注意的是,不论是采用刚性板假定还是弹性板假定的计算,均要求每个方向结构的有效质量系月数不小于90%。

5.错层结构的输入

    SATWE软件可以进行错层结构的计算,方法是在PMCAD建模时按实际情况输入错层平面,即对应每个错层平面应建立两个标准层,并将没有楼板的部分设置为全房间洞,SATWE软件会自动搜索判断错层并计算结构内力。

在用PMCAD建模时,"输入次梁楼板"菜单里的两个参数"楼板错层"和"梁错层",常引起设计者的误会,以为这两个参数就是用来计算错层的,其实这两个参数只影响画图,而不能用来计算错层。

建议PMCAD在这里做一个提示,以免设计者因误会而造成错误。

工程中有时会遇到剪力墙上因错层而造成门窗洞口被分为上下两部分的情况,此时应在洞口两侧增加节点,使下部墙体成为相互独立的两段墙,并在上部按实际连梁高度输入主梁。

对于多塔结构,当各塔层高不同时,有的设计者也将其按错层输入,这是不正确的。

对这种情况,可以在PMCAD建模时先按一种层高建模,然后在SATWE的"多塔楼定义"里,修改各塔层高。

当然,在修改层高之前别忘了按实际情况先设置多塔。

6当某洞顶连梁（按洞口输入而不是按主梁输入）高度小于300m时,SATWE在计算内力时将忽略该梁的存在,亦不计算其配筋。

对某些连梁超限的情况,当其破坏对承受竖向荷载无明显影响时,可考虑在大震作用下该连梁不参与工作,按独立墙肢进行第二次多遇地震作用下结构内力分析。

为此,可以调整结构计算模型中的洞口高度,使洞顶连梁高度小于300,从而实现这一目的,避免了增加节点设置主梁的麻烦。

配筋设计时,墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计,连梁按实际截面计算,纵筋可按2.0%~2.5%的配筋率配置,并按实际配筋面积反算连梁弯矩来计算所需的箍筋面积,做到"强剪弱弯"。

7在SATWE"分析与设计参数补充定义"中,对考虑了双向地震力作用的结构,不应同时考虑按双偏压方法计算一般框架柱配筋。

一般来说,对异型枉、角枉,应采用双偏压计算,对一般框架柱,则可以采用单偏压计算。

需要指出的是,目前SATWE虽然要求设计者在"特殊构件补充定义"里定义角柱,但在结构计算时,如果设计者没有选择"按双偏压计算柱",则软件并不按双偏压方法计算设计者定义的角柱。

所以,对框架角柱来说,应进行双偏压的补充验算。

[PKPM2003.1P19]

◆楼层最小地震剪力系数λ（剪质比）7度区0.016。

《建筑抗震设计规范》5.2.5

◆大开洞问题：

《高层混凝土结构设计规程》4.3.6-8

◆弹性层间位移角限值［θ］：

《建筑抗震设计规范》5.5.1

◆薄弱层弹塑性层间位移角限值［θp］：

《建筑抗震设计规范》5.5.5

◆“刚域”：

《高层混凝土结构设计规程》5.3.4

◆规则结构不进行扭转耦联计算时……《建筑抗震设计规范》5.2.3建筑结构估计水平地震作用扭转影响时，应按下列规定计算其地震作用和作用效应：

　　1规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。

一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时宜按不小于1.3采用2扭转耦联振型分解法计算时各楼层可取两个正交的水平位移和一个转角共三个自由度并应按下列公式计算结构的地震作用和作用效应确有依据时尚可采用简化计算方法确定地震作用效应。

◆（顶塔楼）突出屋面梯间等放大系数3，《建筑抗震设计规范》5.2.4-采用底部剪力法时，突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱