pkpm建模常见问题PPT课件

变形问题——梁的轴力
• 一般梁与楼板相连，且在同一标高，楼板平面内的刚度很大，
面内相对位移很小，所以，梁的轴力是可以忽略的，刚性楼 板假定就是这样考虑的。
• 考虑楼板的面内变形，或没有楼板，梁会有轴力。 • 混凝土梁的轴压力一般不考虑，轴拉力与弯矩一起按偏拉构
件设计。
• 钢梁产生轴力，梁应按钢柱的方式验算应力比。 • 斜梁、坡梁一般都有轴力。 • 框支转换梁一般应考虑轴拉力，应按偏拉构件设计。
• 梁弯矩放大系数是最后乘在组合设计弯矩上（弯矩包络图
.
15
变形问题——避免短梁的方法
• 结构产生短梁后，短梁局部将会超限，因为其相对刚度很大，
把局部荷载都吸收在自己身上。短梁的超限往往是剪扭截面 不够或斜截面抗剪不够等。
在梁宽度范围内，应简化为一点输入
.
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对柱边的短梁，也可以采用定义 刚性梁的方法
超过梁宽范围产生短梁，此时 才是真正的短梁，应尽量避免， 因为应力过于集中。对柱边短 梁可以采用加宽、加掖等方法。
调原则，可以认为是不同的分析模型。
• SATWE采用节点协调的单元划分原则，对划分合理性依赖
强，划分难度较大。
• PMSAP采用节点广义协调的单元划分原则，对划分合理性
依赖不强，划分比较容易控制。目前一些国外软件也采用这 种广义协调的单元划分原则。
• 单元划分目前不能人工调整，都由程序自动进行，当出现由
• 要保证连梁的正确高度，所以只能调节洞口的高度。 • 对上连多塔，则要具体分析结构的实际情况，如果比较复杂，
最好采用空间建模SPASCAD。
错误的简化
.
5
正确的简化 按层数多的 塔定义层高
注意：当然可以采用更先进 的建模——空间建模。这样 可以随心所欲。无须考虑简 化的问题。可以采用 SPASCAD——PMSAP来建 模、分析。
注意：如果采用空间建模 SPASCAD，则不受此影响。
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2
建模问题——墙节点抬高无效
• 在计算程序SATWE、TAT、PMSAP中，只承认柱节点和梁
梁交点的上下变化，不考虑墙节点高度的变化。因为分析时， 不能考虑异形墙。
想要分析的图形
实际产生的图形
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3
建模问题——错层、错层梁、层间梁的合并、简化
μ2
μ
Lo1
μ1
长度系数应满足：Lo1*μ1 = Lo2* μ2 = Lo3* μ3 = Lo* μ
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变形问题——梁柱偏心的计算模型
• 当梁柱偏心时，程序自动加刚域，来考虑偏心产生的附加弯
矩。
• 也可以通过人工设置刚性梁来实现。
梁的计算模型
转换为柱端 轴力和弯矩
梁端剪力
梁的刚域
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变形问题——上下柱偏心的计算模型
于单元划分造成局部分析不合理、不对称时，需要调整分析
结果，最好采用多种分析模型计算，以增加设计依据。如用
TAT来避开这个问题。
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对于复杂高层结构也要使用两种不同的计算模型进行分析
广义协调位 移函数曲线
SATWE上下墙节 点要求协调
PMSAP上下墙可以采用附加位移 函. 数作为约束条件的广义协调 32
• 当单元划分受到限制，对跨高比较大的连梁，由于单元划分不
够细，将造成较大的分析误差。为此，可以按以下方式处理：
• 当跨高比大于5时，连梁按框架梁输入、分析。 • 当跨高比小于2.5时，连梁按壳元（洞口）输入、分析。 • 当跨高比介于5和2.5之间时，按壳元（洞口）分析，应细化单
元划分；按框架梁分析，结构刚度将偏柔。
钢支撑默认是两端铰接，造成支撑越层节点产生机构。
SATWE节点产生机构， 需要改为两端刚接
TAT是连接越层支撑为一 根，所以不会产生机构
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建模问题——钢柱底铰接
• 当底层柱底都设定为铰接后，结构也将产生机构。应至少有
一根柱底是刚接。
应至少有一个节点是刚接。
底部结构产生机构
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变形问题——主次梁的共同工作
柱边短梁加宽
柱边短梁加掖
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变形问题——从主梁伸出的悬挑梁
• 从主梁伸出的悬挑梁，与从柱伸出的悬挑梁，其变形协调是
不同的。它将受到主梁大变形（相对于柱）的影响，从而降 低了刚度，把自身的荷载卸向两边刚度大的挑梁。
卸载方向
梁的弯曲变形大
柱的轴向变形小
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18
变形问题——恒载模拟施工算法的平衡
• 由于恒载模拟施工算法的特殊性，不能直接用模拟施工算法
绿色区域的荷载导算有问题，应避免。
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10
建模问题——铰接梁的定义
• 在“特殊构件”定义中，要求梁梁交点不能都是铰接。也不
能产生机构。
程序不能处理 零自由度结构
结构产生机构
PMSAP可以处理 零自由度结构
结构产生机构
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11
建模问题——越层钢支撑
• SATWE在处理越层钢支撑时，仍按层分段考虑，这样由于
1.0 1.0 0.85 0.85 0.7 0.7 0.65 0.65 0.65 0.6
.
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设计问题——梁活荷载折减
• 梁活荷载折减是根据梁的承受荷载面积而确定的，这样就
会造成比较复杂的折减方式，且可能每根梁不同。
• PMCAD在处理这个问题时，采用了折减楼面荷载的方式，
这样就把搂面的外荷载折减了，同时，它也就把结构的整 体质量、地震作用、所有构件的内力都折减了。鉴于这样 的处理方式，建议在选择梁活荷载折减时，应慎重考虑。
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连梁与墙的协调节点
框架梁与墙的协调节点
连梁的单元划分
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变形问题——越层柱的计算模型
• 越层柱的特点是：在越层点不受楼板的约束。
• 越层柱的计算模型可以是整根接起来的模型，也可以是每层
逐根的计算模型。只要保证越层柱的变形特点，这两种模型 的计算结果是可以一致的。
越层柱
TAT越层柱模型，把柱连 接起来，自重作用在柱顶
即使考虑了模拟施工1，连 梁也会起到相当的调节作用
.
20
• 模拟施工1，只对上部结构起作用，对底部传基础荷载，并
没有起到调节作用。所以框剪结构传基础荷载还是会出现 黑洞现象，即剪力墙下的轴力很大，柱下轴力很小，造成 地基沉降、承载力等验算误差。
• 可以采用“模拟施工2”的计算方法解决这个问题，它是把
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修改该塔的层高
6
建模问题——两根梁与柱大偏心连接
• 当柱范围内有两根梁偏心相连时，应加柱内小梁，以封闭房
间。该小梁程序自动定义为刚性梁。
柱定位点
应定义两根小梁，以封闭房间 程序自动确认为刚性梁
.
7
建模问题——一根柱抬两根柱
• 此时，需要加刚性梁。
加一根刚性梁 加两根刚性梁
牛腿
.
8
建模问题——一根梁抬两片墙
柱的轴向刚度提高10倍，以减少柱、墙的刚度差异，从而 起到调整传基础的荷载。
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21
变形问题——连梁的计算模型
• 连梁作为一种重要的、敏感的结构刚度调节器，其分析模型的
合理性会影响到整个结构的分析结果。
• 连梁按壳元进行划分单元方式的有限元分析模型，如果单元划
分可以很细，则连梁跨高比再大，计算结果也是正确的。
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垂直于构件的刚域也会使 局部转角增加，弯矩增加
沿着构件的刚域不会使局 部转角增加，弯矩增加
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30
变形问题——剪力墙单元的划分
• 剪力墙采用二维有限元模型，则单元划分不可避免。
• 单元划分的粗细均匀性、对称性、合理性等，都会影响到分
析结果。
• 单元划分的特征，也与二维单元的协调性则有关。不同的协
• 此时，只能简化处理。转换大梁上建三根轴线，如下图所示：
刚性梁与转换梁 的交点
上部墙与下部刚性 梁交点
中轴线定义 宽转换梁
上下两根轴线定 义上部剪力墙
建若干竖向轴线 定义刚性梁
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9
建模问题——复连通域的导荷
• 复连通域的导荷载是有问题的，应避免房间彼此之间产生复
连通域的形状。此外，计算时“弹性楼板”的定义也不能是 复连通域。
上部墙偏心将主要产生 下部柱的附加弯矩
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变形问题——刚性梁和刚域的区别
• 刚性梁可以独立位移，但不变形。主要起到传递位移和力的作
用。与构件变形不协调。
• 刚域则需要依附于构件，本身也不变形，但随构件变形而移动。
与构件变形协调。
• 刚性梁与刚域作用是一样的，但效果不一定相同，两者不能互
换。
刚性梁使局部转角增加， 弯矩增加
1.0
•
8
0.85
7
0.85
•
6
0.70
5
0.70
•
4
0.65
3
0.65
•
2
0.65
1
0.60
•
从折减系数来看，说明从1到10层满布活荷载的概率为
60%，对第6层来说6到10层满布活荷载的概率为70%，而顶
层满布活荷载的概率则为100%。这说明活荷载折减的科学
性、合理性。
.
35
各层柱墙活荷载折减系数
建模问题——悬空梁、悬臂梁
• 由于采用不等高梁的不当造成。如下图所示：
悬空梁
悬臂梁
.
1
建模问题——斜梁的上下层连接
• 由于建模、分析数据的局限性，坡梁的上下层连接需要附加
端柱才能实现。
实际计算时没有连接
斜梁直接与下层节点相连
造成斜向悬臂梁
在端头加柱，但柱高要大于200，才能保证计算正确， 该柱的设计可以不考虑。
地震力、 风力
地震力、 风力
SATWE越层 柱模型，柱不 连接，自重各 自作用在各层 的柱顶
.
24
• 越层柱的长度系数： • 对单边越层柱，长度系数中含有柱的折算长度； • 对全越层柱，SATWE的长度系数中含有柱的折算长度。
各段柱长度和总长度
各段柱长度系数和按全长计算的长度系数
Lo3
μ3
Lo2
Lo
• 框架剪力墙结构中，由于柱轴向刚度要远小于墙的轴向刚度，
在竖向荷载作用下，柱与墙之间的连梁将调节两者的位移差， 使得柱的轴力减少，墙的轴力增大。高层建筑的层层调整， 将可能造成顶部框架柱在竖向荷载作用下受拉。
• 实际情况是：结构变形是在逐层找平、逐层变形的情况下产
生的，到结构顶部时，由于大部分变形已经完成，连梁的调 节作用就不会很大。程序采用“模拟施工1”就是体现了这种 施工过程。另外：地基变形也会调整柱、墙的位移差。
荷载不利布置时，梁活荷载弯矩偏小，程序试图通过这个 参数来调整梁的弯矩。
• 过去这个参数只乘在梁的跨中正弯矩上，但是实际上活荷
载不利布置不但对梁的正弯矩有影响，对负弯矩也有影响， 所以，目前这个参数在梁正负弯矩上都乘。
• 当考虑活荷载不利布置时，梁弯矩放大系数宜取1.0。如果
活荷载较小，则即使不考虑活荷载不利布置，该系数也不 要取得过大，宜取1.1以下。只有当活荷载较大时，该系数 需要取得大些。
• 所以，在使用PKPM系列的软件中，活荷载折减最好不要
重复使用，如考虑了梁的活荷载折减，则在SATWE、TAT 中最好不要选择“柱墙活荷载折减”，以避免活荷载折减 过多。反之亦然。
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37
梁承受面荷载的面积
.
38
设计问题——梁设计弯矩放大系数的合理使用
• 梁弯矩放大系数起源于梁的活荷载不利布置，当不考虑活
.
33
框支梁上部墙体内力的 起拱作用
起拱对下部墙、梁产生拉力
.
34
设计问题——柱墙活荷载折减
• 较多的用户理解这个折减系数存在问题。这里关键是要理解
“计算截面以上层”这句话。当一个10层的结构，按这句话 的理解，各层的“柱墙或荷载折减系数”将是如下。
•
层号 折减系数 层号 折减系数
•
10
1.0
9
• 当上下柱形心偏心连接时，程序自动加刚域，来考虑偏心产
生的附加弯矩。
上柱轴力 柱水平刚域
转换为下柱的 轴力和弯矩
.
27
变形问题——梁抬墙的偏心问题
• 当转换梁抬偏心墙时，一般认为在竖向力作用下，墙对下部
转换梁作用一个大的扭矩。但事实上扭矩并不大，因为扭矩 是由梁两端转角不协调所产生，上部墙体虽然偏心，但它给 下部的梁柱作用的是一个同向的弯曲，所以，偏心的效果都 转化为两边柱的附加弯矩了。
• 当结构产生错层、错层梁、层间梁时，如果错层在梁高的范
围内，则最好合并，简化为同一标高的梁分析、设计。
错层梁
简化为3层
层间梁
错层
梁的刚度合并
小体量夹层
. 简化为荷载

4
建模问题——多塔层高不同的输入
• 当多塔的层高不同时，一般不能按错层处理，应以同一层高
建模，再到后面的计算软件SATWE、TAT、PMSAP中修改 各塔层高即可。
计算出的内力，去做节点的剪力、弯矩平衡。
• 要验算节点剪力、弯矩的平衡，应采用“一次性加载”的计
算模式。
第3层加载形式 第2层加载形式 第1层加载形式
节点平衡需要上下层的 内力，而它们却是在不 同加载条件下产生的， 所以不满足平衡。
恒载模拟施工的加载方式
.
一次性加载可以满足 节点平衡
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变形问题——框剪结构中，竖向荷载的传力
• 当次梁当主梁输入后，次梁与主梁共同产生交叉梁系的体系
承担竖向荷载。竖向荷载将在主次梁之间，按刚度传递、分 配。
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14
变形问题——梁抬柱的传力
• 梁抬柱的传力，是由梁柱协调变形完成的，柱的轴力由梁的
剪力平衡，所以，可以通过查看梁剪力来确认上部柱传来的 集中力（即柱轴力）。
梁柱位移协调点，也是柱 轴力、梁剪力的平衡点