框架结构PKPM手算与电算分析

框架结构PKPM⼿算与电算分析
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10 PKPM电算分析
本次PKPM电算采⽤的是PKPM2005版。

10.1 电算过程
由于PKPM电算的具体过程⽐较多，在此只列出⼤的流程：
1 PMCAD建模
过程依次为“轴线输⼊”，“构件定义与布置”，“设计信息”，“荷载定义”，“楼层组装”。

2 输⼊次梁楼板
3 输⼊荷载信息
包括楼⾯荷载和梁间荷载。

4 形成PK⽂件
5 数据交互输⼊与数捡
6 框架结构计算
7 ⽣成SATWE
8 结构分析与构件内⼒计算
9 结果的图形显⽰与⽂本显⽰
10.2 结果分析
根据STAWE的计算结果和⼿算结果进⾏⽐较得出，误差产⽣的原因在于模型的建⽴不能与元结果完全的⼀致，⽐如说顶层的⼥⼉墙在电算的过程中就没有考虑。

在PK⽂件⾥得出的内⼒计算简图与⼿算结果⼗分的接近，只是在偏⼼弯矩的数值上电算的稍微偏⼤，其他的数值基本⼀致。

以下便从地震作⽤的⼤⼩、结构的⾃振周期、质量参与系数、地震作⽤下和风
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荷载作⽤的层间位移和层间位移⾓、底层柱的轴压⽐、梁的最⼤弹性挠度和薄弱层验算等⽅⾯进⾏简要分析。

10.2.1 地震作⽤的⼤⼩分析
从SATWE中截图如图10-1和图10-2
图10-1 地震作⽤下反应⼒
由上图得，X⽅向的地震反应⼒⼩于Y⽅向的地震反应⼒，因为第5榀框架其Y⽅向的刚度⼩于X⽅向的刚度，即横向刚度⼩于纵向刚度，故地震作⽤在结构上分在Y向的地震作⽤会⼤⼀些，楼层反应⼒也会⼤⼀些。

楼层的最⼤剪⼒在第⼀层，但是最⼤反应⼒在顶层。

与⼿算结果进⾏⽐较稍微偏⼩，这是因为电算时没考虑墙的⾃重。

由图10-2可知，在地震作⽤下，Y⽅向的的最⼤楼层剪⼒为1920.3kN，⼿算结果为2460.28kN，两者是⽐较吻合的。

电算的结果偏⼩的原因是在输⼊梁间荷载
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时可能漏掉了⼀些项，另外，⼿算考虑了墙的⾃重，⽽电算时，因为是框架结构，所以没考虑墙的⾃重，导致结构的质量偏⼩，则⽔平地震作⽤偏⼩。

图10-2 地震作⽤下楼层剪⼒
10.2.2 结构的⾃振周期及质量参与系数分析
将电算结果以⽂本形式输⼊如下
===============================================================
周期、地震⼒与振型输出⽂件
(VSS求解器)
=============================================================== 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
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1 1.0386 12.11 0.98 ( 0.94+0.04 ) 0.02
2 1.0185 104.09 0.94 ( 0.06+0.89 ) 0.06
3 0.8909 73.28 0.08 ( 0.01+0.07 ) 0.92
4 0.3366 5.4
5 0.99 ( 0.98+0.01 ) 0.01
5 0.3245 96.9
6 0.93 ( 0.01+0.92 ) 0.07
6 0.2844 75.53 0.08 ( 0.00+0.0
7 ) 0.92
7 0.1914 2.34 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01
8 0.1788 93.49 0.93 ( 0.00+0.92 ) 0.07
9 0.1574 78.45 0.08 ( 0.00+0.08 ) 0.92
10 0.1307 1.22 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
11 0.1180 92.08 0.92 ( 0.00+0.92 ) 0.08
12 0.1042 80.92 0.08 ( 0.00+0.08 ) 0.92
13 0.0993 0.71 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
14 0.0866 91.34 0.93 ( 0.00+0.93 ) 0.07
15 0.0835 0.44 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
地震作⽤最⼤的⽅向= 0.615 (度)
抗震规范(5.2.5)条要求的X向楼层最⼩剪重⽐= 1.60%
X ⽅向的有效质量系数: 100.00%
抗震规范(5.2.5)条要求的Y向楼层最⼩剪重⽐= 1.60%
Y ⽅向的有效质量系数: 99.90%
==========各楼层地震剪⼒系数调整情况[抗震规范(5.2.5)验算]==========
层号X向调整系数Y向调整系数
1 1.000 1.000
2 1.000 1.000
3 1.000 1.000
4 1.000 1.000
5 1.000 1.000
6 1.000 1.000
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由上⾯的电算结果可知，结构的基本周期即第⼀振型的⾃振周期为1.0386s，乘以0.7的折减系数后为0.727s，与⼿算结果0.584s进⾏⽐较稍微偏⼤，但还是很接近的。

X⽅向的质量参与系数为100%，Y⽅向的有效质量系数为99%。

⼀般要求有效质量系数⼤于90%就⾏了，证明我的振型数取够了。

10.2.3 地震作⽤下及风荷载作⽤下层间位移⾓的分析
如图10-3,10-4。

图10-3 地震作⽤下层间位移⾓曲线
从图中可以看出地震作⽤下Y⽅向的最⼤层间位移⾓为1/1058，风荷载作⽤下Y⽅向的最⼤层间位移⾓为1/3724。

风荷载作⽤下结构的层间位移⾓远⼩于地震作⽤下结构的层间位移⾓，这表明本计算书验证地震作⽤下结构的层间位移⾓是正确的。

另外，⼿算得到的最⼤层间位移⾓发⽣在第⼀层，⼤⼩为1/1286，与电算结果1/1058很接近。

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图10-4 风荷载作⽤下层间位移⾓曲线10.2.4 底层柱的轴压⽐分析选择底层柱中轴压⽐最⼤的位置进⾏截图，如图10-5。

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图10-5 底层柱最⼤轴压⽐
底层柱最⼤轴压⽐为⑥轴处的中柱，最⼤轴压⽐是0.62，符合《建筑设计抗震规范》（GB50011-2010）的规定0.85限值。

另外，我⼿算的⑤轴的最⼤轴压⽐是0.418，与电算结果0.61相⽐较偏⼩。

10.2.5 梁的最⼤挠度分析
电算结果如图10-6。

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图10-6 梁最⼤挠度
由图中可看出梁的最⼤挠度为8.20mm，⼩于梁的挠度限制7200/500=14.4mm，满⾜要求。

10.2.6 薄弱层验算分析
薄弱层验算的电算结果如下所⽰：
===============================================================
Output of Weak-Storey-Analysis of Frame Structure
Displacements of Floors under earthquake load
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=============================================================== Vx, Vy ----- The Shear Force of Floors VxV, VyV ----- The Bearing Shear Force of Floors
---------------------------------------------------------------------------------------------------
Floor Tower Vx Vy VxV VyV
(kN) (kN) (kN) (kN) ---------------------------------------------------------------------------------------------------
6 1 3693.64 3714.06 5302.83 4137.34
5 1 6364.79 6285.52 6853.19 6799.90
4 1 8392.61 8206.3
5 8325.28 8701.51
3 1 10029.02 9757.07 10500.29 10242.22
2 1 11409.74 11064.59 11977.08 11541.86
1 1 12440.08 12002.07 12963.9
2 12523.29
由上⾯结果的第1、3列的剪⼒⼩于第2、4列的楼层的抵抗剪⼒，结构的薄弱层验算满⾜要求。

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致谢
本毕业设计是在张仲先⽼师的亲⾃指导下由本⼈独⽴完成的。

在此要对曾经给予我帮助的⼈致以最真诚的谢意！
屈原曾经说过“路漫漫求修远兮，吾将上下⽽求索”，借⽤到此处是再恰当不过。

毕业设计是对三年来所学的专业知识的⼀次汇总，⼀次质的升华。

设计的整个过程是漫长⽽⼜艰⾟的，我们会遇到各种专业性问题，⽐如说施⼯图绘制的时候⼀些细节问题，轴线应该是点划线却⽤成了实线，台阶的尺⼨忘了标注等等。

另外，我们也会遇到各种⼼理问题。

每个⼈的设计或论⽂不相同，题⽬轻松⼀点的同学休息的就多⼀点，⼈之常情，题⽬复杂⼀点的就会“嫉妒羡慕恨”了。

对于我来说，题⽬是中等的，我没有过多的抱怨，只是⼀步⼀个脚印，在⽼师的指导之下，在学长的帮助之中，慢慢求索，只为⼀个完美的结局。

现如今，毕业设计已经结束，我为⾃⼰亲⼿完成了这份设计⽽⾃豪！毕竟这是我⾃⼰的劳动成果，⼀字⼀句全是⾃⼰⼀点⼀滴敲进去，⼀线⼀⾯全是⾃⼰⼀横⼀竖画上去。

⾃豪之余我也感到⼀丝遗憾，我清晰地记得⾃⼰犯了⼀个错误，就是风荷载作⽤下底层柱⾼的选⽤，在此我提出对⾃⼰的批评。

最后，对答辩⽼师致以衷⼼的感谢！
向亚超
华中科技⼤学，紫菘公寓
2013.6.1
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参考⽂献
[1] 房屋建筑学（⾼等学校试⽤教材）
[2] 基础⼯程（建⼯出版社）
[3] 混凝⼟结构（中国建⼯出版社）
[4] 结构⼒学（⾼等教育出版社）
[5] 混凝⼟结构（上，中）（建⼯出版社）
[6] 建筑设计资料⼿册（同济⼤学，上海⼯业设计院）
[7] ⾼层建筑结构设计（建⼯出版社）
[8] 建筑制图标准（GB/T50104-2001)
[9] 多⾼层房屋结构设计（上、下册）（上海科学技术出版社）
[10] 钢筋砼结构计算⼿册（建⼯出版社）
[11] 建筑结构设计⼿册：钢筋砼结构构造（中国⼯业出版社）
[12] 基础⼯程中国建⼯出版社）
[13] 混凝⼟结构设计规范（GB50010-2010）
[14] 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）
[15] 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
[16] 建筑抗震设计规范（GB50007-2010）。