高层程序pkpm应用指南

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1、PKPM 新规范计算软件 TAT、SATWE、PMSAP 应用指南 黄 吉 锋,目录 1.扭转耦联 2.双向地震扭转效应 3.偶然偏心 4.竖向地震作用 5.有效质量系数：参与振型数够不够？ 6.振型的侧振、扭振成分 -判断一个振型是扭转振型还是平动振型？ 7.多方向水平地震作用 8.最小地震剪力调整 9.竖向不规则结构地震作用效应的调整 10.0.2Q0调整,11.框支柱地震作用下的内力调整 12.设计内力调整(强柱弱梁,强剪弱弯) 13.位移比控制，层间位移比控制 14.周期比控制 15.层刚度比控制 16.框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算 17.重力二阶效应 18.传给基础的上部结构刚度

2、 19.弹性时程分析及地震波的选取 20.整体稳定验算 21.高位转换结构的刚度比验算,22. 短肢剪力墙结构设计 23. 转换层结构 24. 柱墙活荷载折减系数的理解 25. 梁活荷载折减的正确应用 26. 梁弯矩放大系数的合理使用 27. 框架剪力墙结构设计 28. 剪力墙结构设计 29. 总刚计算模型不过的主要原因 30. 如何定义弹性楼板,1. 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。 A) TAT,SATWE将

3、该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定 B) PMSAP计算时总是考虑扭转耦连 C) 非耦联计算仅适用于平面结构以及能够解耦成平面结构的简 单空间结构，对复杂空间结构可能造成错误结果。 D) 耦联计算适用于任何结构，总是正确的。 E) 耦联计算的结果不一定比非耦联计算的结果大（保守），二 者没有必然关系 F) 建议总是选择耦联计算，不会出问题。,2. 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。 具体操作原则：楼层位移比或者层间位移比超过1.2，考虑 双向地震 程序实现：现在我们考虑某个地震反应参数S，该参数在X和Y 地

4、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。,对于柱的弯矩和剪力，处理方法稍有不同，举例说明如下： 我们令S代表某个柱截面在某个方向上的弯矩或剪力： X地震作用下的值SX，Y地震作用下的值SY， 考虑双向地震后 改变成为,考虑双向地震对楼层位移、层间位移输出的影响： TAT输出了考虑双向地震作用的地震位移； SATWE,PMSAP暂时没输出位移的双向地震效应； 考虑双向地震对内力的影响： TAT,SATWE均将原来的单向X、Y地震效应直接用 双向地震

5、作用效应替代，体现在内力文件NL*.OUT(TAT) 和WNL*.OUT(SATWE)当中。 PMSAP在原来单向地震工况EX,EY的基础上增加两个 新的对应于双向地震的工况EXY,EYX，文件输出时，同时 将单向地震(EX,EY)和双向地震的(EXY,EYX)的内力输出。 考虑双向地震对配筋的影响： 一般平均增加5%-8%；单构件最大可能增加1倍左右。,考虑双向地震带来的配筋增大,1. 规则框架例 2. 框剪结构例,3 偶然偏心 规范条文：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%。 具体操作原则:1) 验算结构位

6、移比时,总是要考虑偶然偏心 2）结构构件设计时，分下列两种情况处理: 2-1) 如果位移比超过1.2，则考虑双向地震，不考虑偶然偏心 2-2) 如果位移比小于1.2，则不考虑双向地震，考虑偶然偏心 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EXP B) X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，记作EXM C) Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，记作EYP D) Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，记作EYM,对内力组合的影响：

7、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。 使用要点： 1）该功能设有选项开关，考虑偶然偏心时可将开关打开。 2）SATWE、TAT的质心偏移值5%是固定的、按规范取用的； PMSAP偏移值可以X、Y向不同，由用户输入。 偶然偏心对位移输出的影响：SATWE,TAT,PMSAP均输出四个 偶然偏心地震EXP,EX

8、M,EYP,EYM作用下结构的楼层位移、层 间位移以及位移比；位移比验算应采用偶然偏心地震结果； 层间位移角验算则不必采用偶然偏心地震结果。 SATWE : WDISP.OUT TAT: TAT-4.OUT PMSAP: 简单摘要文件（工程名TB.RPT） 详细摘要文件（工程名TB.ABS）,4）偶然偏心地震作用下的构件内力输出： 构件增加了5%X向偏心地震作用效应和5%Y向偏心地震作用效应的计算，均可通过文本文件或图形文件查看。 构件内力文本文件中4组偶然偏心地震工况的标记如下： A) X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%，该工况记作： EXP（PMSAP）、+5%（TAT）、X方向左

9、偏心（SATWE）； B) X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，该工况记作： EXM（PMSAP）、-5%（TAT）、X方向右偏心（SATWE）； C)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，该工况记作： EYP（PMSAP）、+5%（TAT）、Y方向左偏心（SATWE）； D)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，该工况记作： EYM（PMSAP）、-5%（TAT）、Y方向右偏心（SATWE）；,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)

10、 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,偶然偏心对配筋（平均）的影响 柱

11、 梁,15层框剪 11.9% 2.3% 13层框剪(PJ2) 0.4% 1.7% 33层框支 0.8% 8层框架 7.7 3.9% 21层框剪 0.9% 1.2% 19层框剪 1.3% 1.2% 18层框剪 0.7% 3.0% 平均增加 3.82% 2.01%,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) 1.82 1.95 6.99% 33层框支 1.05 1.5 30.32% 8层框架 1.76 2.39 26.22% 19层框剪 1.57 1.75 10.04% 18层框剪 1.43 2.03 29.16%

12、 平均增加 18.47%,4 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(0.3g)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。,实现： 应用竖向地震 1. 设立竖向地震的计算开关，由用户自行决定是否考虑竖向 地震作用。 2. 增设竖向地

13、震作用系数项，程序自动取规范规定值，允许 用户修改此值，从而自己决定总竖向地震作用的大小。 SATWE按规范内定。 3. 当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，用户应设置计算 竖向地震作用。 4. 尚不能单独计算转换构件的竖向地震作用。用户需要，可 整体考虑竖向地震作用。 5. 尚不能单独计算连体结构的连接体的竖向地震作用。用户 需要，可整体考虑竖向地震作用。,5 有效质量系数：振型数够不够？ 概念来源：WILSON E.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

14、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0.9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0.9 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；抗规(5.2.2)条文说明建议有效质量系 数可取为0.9 实现： 程序

15、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则输出在详细摘要 “工程名.ABS”文件中。,重要概念：结构的固有振型总数-参与振型数的上界 1） 只有搞清楚这个概念，选择振型数才不会犯错误 2） 如何判断一个结构的固有振型总数： 离散结构的振型总数是有限的，振型总个数等于独立质量 的总个数。可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的 固有振型总数。具体地说： 每块刚性楼板有三个独立质量Mx,My,Jz； 每个弹性节点有两个独立质量mx,my； 根据这两条，可以算出结构的独立质量总数，也就知道了 结构的固有振型总数 3）若记结构固有振型总数是NM，那么参与振型数最多只能选 NM个，选参与振型数大于NM是错误的，因为结构没那么多。,4）参与振型数与有效质量系数的关系： 4-1)参与振型数越多，有效质量系数越大； 4-2)参与振型数 =0 时，有效质量系数 =0 4-3)参与振型数 =NM 时，有效质量系数 =1.0 5) 参与振型数 NP 如何确定？ 5-1）参与振型数 NP 在 1-NM 之间选取。 5-2）NP应该足够大，使得有效质量系数大于0.9。,6） 有些结构，需要较多振型才能准确计算地震作