2010年11月赵兵讲义

图4 空间变形图原始构形
图5 “楼层组装”对话框
图6 修改后的楼层底标高对话框
楼层底标高修改正确后的计算结果如下：
• 以上计算结果显示，楼层底标高正确后，计算结 果也趋于正常。因此建议设计人员，对于每层的 楼层底标高，尽量人工复核一遍后再接后续软件 进行设计。
二、楼层底标高对基础设计的影响
二、刚性梁的识别
1、原则上讲，对于梁内和柱内的梁，PM-SATWE 和SPAS-SATWE均能自动识别为刚性梁，但建议 设计人员在PMCAD中人为布置刚性梁。 需要布置刚性梁的地方如图所示
图4 单梁托双墙
图5 局部错开的梁
图6
柱内托转角墙的梁
2、PMSAP由于对偏心转换构件可以自动增加刚域， 因此刚性梁布不布都可以。如图所示
• 一、广义层的概念
• 所谓广义层，就是通过在构件输入和楼层组装时 为每一个构件或楼层增加一个“柱（墙）底标高” 或“层底标高”参数来完成的，这个标高是一个 绝对值，对于一个工程来说所有的构件或楼层的 底标高只能有一个惟一的参照（比如±0）。有了 这个底标高后，此工程中每个构件或楼层在空间 上的位置已经完全确定，程序将不再需要依赖楼 层组装的顺序去判断构件或楼层的高低，而改为 通过楼层的绝对位置进行模型的整体组装。
图3 X向地震作用下1~5层变形图
图4a 首层M~P轴结构平面布置图
图4b 首层A~C轴结构平面布置图
第六章 层间位移角的调整
第一节 扭转效应对结构层间位移角的影响
在结构工程设计中，层间位移角的控制是一项 非常重要的指标，当层间位移角不满足要求时，设 计人员采用的方法通常是加大构件截面尺寸以提高 结构整体刚度。但在具体的操作中会发现，增加结 构刚度后，层间位移角变化并不明显，有时甚至会 减小。是什么原因产生这种现象？是软件算错了吗？ 我们应该如何正确地调整结构的层间位移角？则是 广大设计人员非常关心的问题。为此，笔者拟结合 具体的工程实例，与大家共同探讨一下产生这种现 象的原因以及调整方法。
•
通过比较可知，不同的首层层底标高计算出来 的内力值并不一样，其原因在于在基础设计中， 剪力值要乘以基础高度后转化为弯矩，以柱1为例， 当首层层底标高为0时，由剪力值V引起的基底弯 矩M=4×V；当首层层底标高为-2.5m时，由剪力 值V引起的基底弯矩M=（4-2.5）×V=1.5×V， 所以首层层底标高为0时的弯矩值大于首层层底标 高为-2.5m时的弯矩值。
一、工程实例
某工程为框架剪力墙结构，地下室2层，地上 14层，结构总高度为42.95m，抗震设防烈度为8 度，地震基本加速度为0.2g，场地土类别为三类， 结构三维轴侧图、标准层平面图如图1、图2所示：
图1 结构三维轴侧图
Baidu Nhomakorabea
图2 结构标准层平面图
二、计算结果分析
• 本工程在初步设计时，墙1和墙3的墙厚取400mm， 墙2和墙4的墙厚取300mm，以Y向为例，在地震 力作用下其层间位移角的计算结果如下：
二、广义层应用时产生的主要问题
1、层信息混乱 2、层刚度比、楼层受剪承载力、倾覆力矩的计算异 常 3、风荷载计算结果偏小
第三章 刚性梁的处理
一、刚性梁截面的大小
1、SATWE旧 1000×2000mm 2、SATWE 2000×2000mm 3、PMSAP 自动取为刚域 4、相关问题 • 对于PM-SATWE软件，当梁柱截面面积比较大时， 其刚性梁的刚度会明显不足，其后果是某些情况 下转换梁梁端没有负弯矩。如图2、3所示
第二章 如何采用08版软件的广义层 建立错层结构模型
过去05版软件建立错层结构模型时，在错层处必 须将结构切开，按照镜面投影法建模，这种建模方法 的缺点是结构的标准层会增加很多，同时竖向构件也 会被切成数段，各种与层有关的指标如层间位移角等 都需要设计人员补充计算。为了解决这个问题，08 版PKPM系列软件引用了广义层概念，虽然可以较好 地解决上述建模问题，但也存在着如何与后续计算软 件相结合，合理搭建模型的问题。以下本文拟结合具 体的工程实例，对此问题做一些探讨。
• 工程实例一 • 某工程，振型数为30，第30振型作用下的第12层 的振动图如下：
图16
上图显示圆弧梁变形异常，经查，在 PMCAD中由于楼板丢失导致，如下图所示：
图17
• 以梁1为例，丢失板后的配筋计算结果如下：
• 补上楼板后，正确的计算结果如下：
第二节 楼层底标高的正确输入
• 对于08版软件，一定要充分重视楼层底标高 在结构设计中的作用，因为一旦层底标高不对， 后面的计算结果也不可能正确。现对此参数产生 的常见问题分别介绍如下：
第四章 斜墙模型的建立与计算 一、模型的建立
• 对于上图所示的斜剪力墙，其建模过程如下： 1、剪力墙周边构件布置成框架梁或虚梁，墙体按照 楼板布置，并通过降节点高形成斜板 2、斜板厚度与斜剪力墙相同，即用斜板模拟斜剪力 墙
图2
二、结构计算
1、软件选择 PMSAP软件 PMSAP软件对斜剪力墙的处理 （1）在PMSAP软件中，如果不定义弹性楼板，程 序自动将斜板定义为弹性膜，对于此工程，由于 此斜板兼作斜剪力墙的功能，因此需要定义为弹 性板6。 （2）PMSAP对斜剪力墙进行有限元划分，正确计 算其刚度对结构的影响。
图5
图6
• 经过修改后的模型，其恒载作用下的变形图如下 图所示：
图7
• 变形图错误三
图8 顶层此柱悬空
• 变形图错误四 • 某些构件内力计算结果异常，往往是由于建模错 误引起的，因此当发现内力计算结果奇异时宜首 先通过变形图判断其建模的正确性。 • 比如某工程，梁在端部没有负弯矩（如图所示）：
图9 梁设计弯矩包络图
图10 恒载作用下梁的竖向变形图
图11 PMCAD建模中缺少刚性梁
• 变形图错误五 • 合理的模型简化在工程设计中占有重要的地位， 有些设计人员在建模时刻意追求符合工程实际， 而忽略了程序在应用中所存在的局限性，从而造 成了计算结果的错误。 • 例如某体育馆工程，局部建模三维轴侧图如下：
二、工程实例
某高层框筒结构，地下5层，地上37层，其中 地上1~8层存在较大面积的裙房。出地面建筑总 高度为162m，结构抗震基本设防烈度为7度，设 计基本地震加速度为0.10g，场地土类别为二类， 设计时考虑偶然偏心和双向地震作用。结构的三 维轴侧图、首层平面图和第9层平面图分别如图1 所示。其中首层柱1、柱2、柱3的截面尺寸为 700×700mm，轴线1的其它柱子的截面尺寸为 1000×1000mm，柱4、柱5、柱6的截面尺寸为 1500×1500mm，梁1、梁2的截面尺寸为 500×750mm。
图7 首层结构平面图
• • • • • • •
图7所示柱1的计算结果如下： 柱1首层层底标高为0时的计算结果 Load Mx'(kN-m) My'(kN-m) N(kN) 548 75.15 36.60 3532.56 柱1首层层底标高为-2.5m时的计算结果 Load Mx'(kN-m) My'(kN-m) N(kN) 548 48.99 20.79 3533.87
• 某工程为框剪结构，共27层，含1层地下室， 3层裙房，结构总高度为97m，地震设防烈度为8 度，设计基本加速度为0.2g，场地土类别为三类， 设计时考虑偶然偏心和双向地震的影响。结构三 维轴侧图、首层结构平面图分别如图1、图2所示。
图1 结构三维轴侧图
图2 首层结构平面图
二、计算结果分析
• • • • 在进行位移比计算时， 采用刚性板假定， 部分位移比和层间位 移角计算结果如下：
• 变形图错误一
图1
• 上图中，柱1竖向变形明显高于其它框架柱， 说明此柱有悬空的可能，经查，在PMCAD 建模中将柱1下层的框架柱丢失了。
图2
变形图错误二 某框支剪力墙结构，框支梁1上托不在同一条直线上 的两道剪力墙，该框支梁1在恒载作用下的变形图 下图所示
图3
图4
• 上图红色线框显示，框支梁1上剪力墙出现一个端 点悬空，此梁在PMCAD中的建模情况如下图所示
PKPM系列软件在结构设计中 的应用与探讨
赵 兵
中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所
第一章 PKPM软件建模常见问题
第一节 利用变形图判断模型的正确性 一、 如何看变形图
1、地震和风荷载等引起的水平向变形图应X、Y两 个方向都看； 2、如果采用模拟施工计算，则竖向荷载变形图只看 活载的，若采用一次性加载计算，则恒、活载产 生的变形图看哪一个都可以； 3、变形图不仅要看整体变形是否合理，还要每一层 都看，尤其是复杂工程，因为有些局部变形错误 整体看有时很难看清楚。 4、务必认真检查主力构件的单工况内力是否合理。
• 表1 原方案前三个振型在X,Y 方向的平动系数、扭转系数
• 表1可知，本工程第二振型平动系数为0.83，其中Y向为 0.78，说明该振型为以Y向为主的混合振型，其第二振型 所对应的振型图如图3所示：
• 图3
结构第二振型所对应的振型图
• 表2 方案调整后结构前三个振型在X,Y 方向的平动系数、扭转系数
图7
图8
三、单梁托双墙的建模
1、转换梁的布置
图9
图10
2、对于框支梁上局部布置剪力墙的结构，SATWE 程序将剪力墙的荷载传递到剪力墙两端的节点上， 中间没有均布荷载，因此当剪力墙比较长时，建 议设计人员相应增加刚性梁。 3、框支柱尽量与转换梁布置在同一条轴线上，这样 可以避免由于刚性梁悬挑而引起的计算误差。
• 08版JCCAD软件取消了05版的“一层上部结 构荷载作用点标高”选项，代之以PMCAD软件中 的“首层层底标高”，因此使用08版软件的设计 人员必须正确输入“首层层底标高”参数，否则 JCCAD软件无法正确读取上部结构荷载作用点位 置，尤其是剪力值，从而产生错误的计算结果。
• 工程实例三 • 已某框架结构为例，分别将首层输入为0和-2.5m， 采用独立柱基，基础底标高为-4m，首层结构平 面图如图7所示：
1、明确力的作用方向，判断计算结果的合理性 2、结合规范，量化最大和最小位移比的控制范围， 做到心中有数 3、明确调整方向，确定调整方案
三、方案调整1——“抓大放小” 四、方案调整2——局部加剪力墙 五、方案调整3­——增加框架部分侧向 刚度
第二节 “抓大放小法”在位移比调整中的应用
一、工程实例
一、楼层底标高对上部结构计算的影响
1、楼层底标高错误引起结构构件关系混乱
• 工程实例一 • 某剪力墙结构，共23层，结构平面布局基本对称， 结构三维轴侧图，第7和第8标准层平面图如图1、 图2和图3所示：
图1 结构三维轴侧图
图2 第7标准层结构平面图
图3 第8标准层结构平面图
• 在采用SATWE软件计算后，其位移比计算结果如 下：
图1-1 结构三维轴侧图
图1-2 首层结构平面图
图1-3 第9层结构平面图
三、计算结果分析
• 在进行方案调整前，首先要做好分析工作，切 忌“跟着感觉走”。因为盲目调整经常是不仅得 不到合理的计算结果，反而越调越乱，离规范的 限值越来越远，浪费了大量的时间和精力。笔者 以为，仅仅是为了一层的位移比不满足要求而花 费大量的时间，实在是不值得。因此，科学、合 理的分析过程是提高工作效率的首要条件。针对 本工程，具体的分析过程如下：
图12 梁1、梁2、梁3节点连接三维轴侧图
图13 第二标准层梁2三维轴侧图
图14 第一标准层梁1、梁3三维轴侧图
图15 SATWE软件中梁1、梁2、梁3的三维轴侧图
二、利用振动图判断模型的正确性
通过振动图查看模型的正确性，是非常重要 的，尤其是高位振型。当结构存在大量局部振动 时，有些局部振动很有可能是由于建模错误产生 的，因此要求每一阶振型都看。
图3
（3）对于斜梁和斜板，程序自动按照纯弯、压弯和 拉弯进行截面设计，并按照最不利情况作为最终 配筋面积
图4
第五章 结构位移比的调整
第一节 结构位移比的调整方法 一、前言
由于结构位移比的大小是控制结构扭转效应 的重要指标，因此无论是《建筑抗震设计规范 （GB50011-2001）》【1】（以下简称《抗震规 范》），还是《高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ3-2002）》【2】（以下简称《高规》），对 位移比的控制都有明确的规定。