PKPM上部结构常见问题解析

2.荷载的处理
• 新版本：梁被打断后先按照矩形房间的塑性铰线方 式进行导算，然后再将每个大边上得到的三角形或 梯形线荷载拆分，按相应长度分配到各个小梁、墙 段上 • 荷载类型为不对称梯形时，各边总值不变
2.荷载的处理
2.荷载的处理
2.荷载的处理
• 新版本：异形房间先按照有限元方法进行导算，然 后再将每个大边上得到的三角形、梯形线荷载拆分 ，按相应长度分配到各个小梁、墙段 • 荷载类型从均布线荷载变为不对称梯形 • 各边总值有所变化，但单个房间荷载总值不变
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 • 刚度特征值
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 • 框架承担剪力超过100%，剪力墙倾覆力矩百分比为负值
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析 • 水平和竖向 地震作用同 时计算 • 有效质量系 数满足90% 所需振型数 比较
子空间迭代法
多重里兹向量法
算例1
>1000阶仍不满足
81
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析 • 参数设置“地震信息”中选择“子空间迭代 法”，输入有效质量参与系数之和，如90%， 程序计算的振型数达到该目标值时停止 • 用户可以干预振型数最大限值
5.基于性能的二道防线调整
两种倾覆力矩算法的关系 楼层总的倾覆力矩相等（与外力的力矩平衡） 某一类构件的倾覆力矩一般不等
规范方法的适用条件
适用于竖向构件连续的结构形式
5.基于性能的二道防线调整 《高规》10.2.16-7要求计算框支框架承担的倾覆力矩 百分比 对于框支剪力墙结构，规范方法并不适用，推荐采用力 学方法 第5层框支框架倾覆力矩百分比
5.基于性能的二道防线调整 •PMSAP结果比较
只考虑腹板及有效翼缘
26409+756+336985=364150
不只考虑腹板及有效翼缘
756+363394=364150
5.基于性能的二道防线调整 •3.1satwe倾覆力矩统计方式
5.基于性能的二道防线调整 •Satwe结果比较
只考虑腹板及有效翼缘
结构软件功能介绍
中国建筑科学研究院 设计软件事业部 段方舟 2016.5
目录
• • • • • • • • • • 1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 2.荷载的处理 3.错层相关问题及层间板 4.多重里兹向量法特征值求解算法分析 5.基于性能的二道防线调整 6.复杂楼板分析 7.结构整体稳定刚重比分析 8.偏心受拉构件软件处理 9.地下室问题 10.竖向地震问题
2.荷载的处理
• 导荷结果对比：
旧版本
新版本
2.荷载的处理
2.荷载的处理
2.荷载的处理
2.荷载的处理
2.荷载的处理 • 梁活荷载折减
3.错层相关问题及层间板
3.错层相关问题及层间板
3.错层相关问题及层间板
3.错层相关问题及层间板 • 层间楼板的布置依托已布置的闭合层间梁
3.错层相关问题及层间板 • 布置层间板的注意事项
分析模型 单独分析
整体分析
276.6 kN.m
30.9 kN
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
• 大跨屋盖结构相关的规范要求
抗规10.2.6
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
• 目前存在的设计问题
1、模拟大屋盖结构没有真实反映出网架的刚度、没有反 映出网架真实的变形及振动。 2、模拟大屋盖结构无法考虑上下部的相互作用 3、大屋盖结构和下部结构的整体效应
5.基于性能的二道防线调整
抗规方式——2010新版规范提出的规定水平力下计 算倾覆力矩的方法 《抗规》6.1.3条文说明计算公式
M c Vij hi
i 1 j 1
n
m
5.基于性能的二道防线调整 轴力方式——传统力学方法计算倾覆力矩 先计算合力作用点，然后用底部轴力对合力作用点 取矩。 合力作用点计算：
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 步骤4:定义空间层的连接关系及施工次序
支座厂商提供参数 水平等效刚度(kN/m) 竖向刚度(kN/m) 等效阻尼比(%)
定义橡胶支座示意图
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 步骤5：使用PMSAP结构分析软件计算 • 步骤6：规则部分结构使用PKPM施工图软件出图，网架 结构使用STWJ软件出施工图
5.基于性能的二道防线调整 • 抗规和轴力方式对倾覆力矩统计的区别
5.基于性能的二道防线调整
抗规方式
轴力方式
5.基于性能的二道防线调整 • 一般而言，对于对称布置的框剪，框筒结构，力 学方式的框架倾覆力矩要远大于V*H方式的倾覆 力矩
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 • 对于偏置布置的框剪、框筒结构，力学方式的框 架倾覆力矩与V*H方式的倾覆力矩比较接近。
状态1 - 初始刚度模型
中震下，墙 柱刚度退化
状态2 - 刚度退化模型
5.基于性能的二道防线调整 • 可对各层或单个竖向构件指定刚度折减系数
5.基于性能的二道防线调整
• 提供计算功能，得到 各层或单个构件的二 道防线调整系数，并 允许交互修改
• 应用场景：少墙框架 、少柱剪力墙结构、 复杂超限结构
249.4/（249.4+741.1）=25.179% 249.4+0+741.1=990.5
不只考虑腹板及有效翼缘
213.6/（213.6+22.4+754.5）=21.565% 213.6+22.4+754.5=990.5
5.基于性能的二道防线调整 • 单向少墙体系
5.基于性能的二道防线调整
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 步骤3：将若干空间标准层拼入自然层模型，从而 形成完整的全楼模型
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 空间标准层在模型组装时，不仅可以在三维状态 下捕捉节点定位，也可以自定义x,y,z方向的偏移 ，同时可以设置转动角度 • 与平面层一样，空间标准层可以重复组装使用
x0 N x N
i i i
框架柱承担的倾覆力矩：
M cx N i xi x0 M yi
i 1 n
即倾覆力矩为轴力产生的倾覆力矩与柱底弯矩之和
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 • 轴力方式中合力点显示异常
弹性膜：则采用平面应力膜描述楼板面内刚度，不考虑
楼板面外抗弯刚度。
6.复杂楼板分析
F
F
6.复杂楼板分析
6.复杂楼板分析
• 工程实例：两种计算模型
不考虑斜板的计算模型
考虑斜板的计算模型
6.复杂楼板分析
PMSAP自动生成的斜板有限元网格
6.复杂楼板分析
考虑斜板时梁的弯矩图
6.复杂楼板分析
不考虑斜板时梁的弯矩图
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 在PM平面标准层的基础上，引入空间标准层概念
• 平面网格不容易描述的空间结构部分可以用空间 标准层来建模与布置
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
• 步骤1:使用PMCAD进行规则部分结构建模
• 步骤 2: 使用第二条集成产品线建模程序添加若干 空间标准层，完成不规则部分结构的建模与荷载 布置
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
Y向风荷载立柱对网架杆件的受力传递作用
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
不同计算模型在Y向风载下杆件内力
柱底弯矩 （门厅外墙立 柱） 703.0 kN.m 网架上弦杆轴力 （与门厅外墙立柱相连网 架上弦杆） —
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
常见应用场景： • 屋顶设置网架、局部大空间 的公共建筑 • 顶部有装饰花冠的建筑
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
扩展应用场景： • 隔震建筑 • 弱连接连体结构
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理 • 底部框架、框剪、剪力墙结构与上部大屋盖结构 的整体分析实际振动及受力:
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整
• 软件对一般框剪调整的实现：
min(0.2V0 ,1.5VFmax )
• 框架支撑体系调整：
min(0.25V0 ,1.8VFmax )
• 框筒结构：
max{0.15V0，min(0.2V0 , 1.5VFmax ) }
5.基于性能的二道防线调整 • 新版本基于弹塑性内力重分布计算二道防线调整 系数
6.复杂楼板分析
6.复杂楼板分析
在PKPM系列软件中，SATWE和PMSAP软件均提供了弹性板 计算的三种计算模式： 弹性板6：表示完全弹性的有限元壳，其面内刚度用平
面应力膜模拟，面外刚度用厚薄通用的中厚板元模拟；
弹性板3：表示采用了刚性楼板假定的有限元壳，面内
刚度无穷大，面外刚度用厚薄通用的中厚板元模拟；
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 • 到底该选用哪种方法的结果？ 程序中给出的几种计算方法会得到不同的结果 ，采用CQC方法得到的结果根据旧规范计算，用 于参考；抗规方法是一种简化方法，很直观；轴 力方式从力学的角度上更合理，但是合力点的选 取缺乏依据。 一般来说，依据抗规的结果即可。
3.错层相关问题及层间板 • 地下室顶板错层是否能作为嵌固端？
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析
4.多重里兹向量法特征值求解算法分析
有效质量系数 特征值分析 方法 子空间迭代 法 多重里兹向 量法 振型数 90 18 X向 99.98% 99.16% Y向 99.98% 95.07%
6.复杂楼板分析
弹性膜单元由于假定楼板平面外刚度为零，所以既可以 真实地反映楼板的面内刚度，又可以因避免采用弹性板6而 造成梁的安全度的降低。
规范方法 X 6.59% 力学方法 47.45%
Y
5.92%
62.45%
5.基于性能的二道防线调整
5.基于性能的二道防线调整 •Satwe结果比较
只考虑腹板及有效翼缘
23423.2/（23423.2+2238.9+369159.8）=5.9326%
不只考虑腹板及有效翼缘
23423.2/（23423.2+2238.9+395179.2）=5.5658%
1.199
1.184 0.944 1/1595 1/1596 1/1615 1/1687
3.81 %
9.53 % 3.51 % 38.99 % 25.06 % 13.93 % 2.78 %
6.复杂楼板分析
6.复杂楼板分析
《高规》第5.3.3条的规定：对于平板无梁楼盖，在计算中应考虑 板的面外刚度影响，其平面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱 上板带等效为框架梁计算。 板-柱体系要考虑楼板的平面外刚度，因此板柱体系要定义弹性楼 板6
6.复杂楼板分析
考虑斜板时梁端、柱端弯矩
6.复杂楼板分析
不考虑斜板时梁端、柱端弯矩
6.复杂楼板分析
项目 考虑斜板 不考虑 斜板 误差
第一周期
第二周期 第三周期 X风位移角 Y风位移角 X地震位移角 Y地震位移角
1.155
1.081 0.912 1/2217 1/1996 1/1840 1/1734
1.混搭建模方式对复杂工程问题的处理
• 处理方法
1、底部结构与上部大屋盖做整体分析 2、对于规范要求的结构应该做整体竖向地震分析 3、考虑不同材料பைடு நூலகம்成的混合结构阻尼比问题
2.荷载的处理 • 旧版本：当矩形房间某一边的梁被打断后，在该 边对应的荷载总值不变情况下，各分段小梁简化 为均布荷载布置 • 旧版本：房间平面形状为非矩形时，软件按照每 边边长占整个房间周长的比值，将楼面荷载按均 布线荷载分配到周边的梁、墙上 • 此类处理方式与实际荷载传导情况对比存在不够 精细的问题
• 楼层地震反应力≠楼层地震剪力差 • 原因：CQC组合的先后次序不同
5.基于性能的二道防线调整
• 框架剪力墙按照对应的框架所占总倾覆力矩的比 值（Mc/Mo）确定框架及剪力墙的抗震等级 • （抗规与高规要求不尽相同）
5.基于性能的二道防线调整
• 程序中地震倾覆力矩的三种算法
1.抗规方式（V*H求和方法） 2.轴力方式（力学标准方法） 3.内力CQC方式（旧版方法）