PPTSATWE軟件結(jié)構(gòu)計算分析講義

PKPM結(jié)構(gòu)軟件件學(xué)習(xí)研討討會新規(guī)范版版本合理選擇擇計算程程序PMCAD軟件：主要用于于建模，但其第第八項可可作磚混混結(jié)構(gòu)和和底部框框架－抗抗震墻結(jié)結(jié)構(gòu)中磚磚混部分分的抗震震分析計計算。PK軟件：適用于二維框架架、排架結(jié)構(gòu)構(gòu)計算，尤其適用用于帶重重型吊車車的工業(yè)業(yè)廠房設(shè)設(shè)計。TAT軟件：采用薄壁壁桿件原原理的空間分分析軟件件，適用于一一般多高高層建筑筑設(shè)計。SATWE軟件：基于殼元元理論的空間有有限元分分析軟件件，適用于復(fù)復(fù)雜多高高層建筑筑設(shè)計。PMSAP軟件：核心是通用有限限元程序序，適用于任任意空間間結(jié)構(gòu)及及復(fù)雜多多高層建建筑設(shè)計計。SATWE軟件計算結(jié)果果分析結(jié)構(gòu)總體體性能控控制總論論位移比和和層間位位移比周期比層間剛度度比層間受剪剪承載力力之比剛重比剪重比一、位移移比和層層間位移移比（輸出結(jié)果果參見WDISP.OUT）位移比控控制的意意義位移比的的大小反反映了結(jié)結(jié)構(gòu)的扭扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)，同周周期比的的概念一一樣都是是為了控制建筑筑的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)效應(yīng)提出的控控制參數(shù)數(shù)。規(guī)范條文文規(guī)范條文文：新高規(guī)4.3.5條規(guī)定，，樓層豎豎向構(gòu)件件的最大大水平位位移和層層間位移移，A級高度高高層建筑筑不宜大于該樓樓層平均均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓樓層平均均值的1.5倍；B級高度高高層建筑筑、混合合結(jié)構(gòu)高高層建筑筑及《高規(guī)》第10章所指的的復(fù)雜高高層建筑筑不宜大于該樓樓層平均均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓樓層平均均值的1.4倍。在文件WDISP.OUT中,主要由以以下幾個個參數(shù)來來控制位位移比和和層間位位移比：：Ratio-(X),Ratio-(Y):最大位移移與層平平均位移移的比值值Ratio-Dx,Ratio-Dy:最大層層間位位移與與平均均層間間位移移的比值值Max-Dx/h，Max-Dy/h:X,Y方向的的最大大層間間位移移角最大位位移：：墻頂、、柱頂頂節(jié)點點的最最大位位移平均位位移：：墻頂、、柱頂頂節(jié)點點的最最大位位移與與最小小位移移之和除除2最大層間位位移：墻、柱層間間位移的最最大值平均層間位位移：墻、柱層間間位移的最最大值與最最小值之和和除2按照規(guī)范要要求的定義義，位移比比表示為““最大位移移/平均位移””，而平均均位移表示示為“（最最大位移+最小位移））/2”，其中的關(guān)關(guān)鍵是“最最小位移””，當(dāng)樓層層中產(chǎn)生0位移節(jié)點，，則最小位位移一定為為0，從而造成成平均位移移為最大位位移的一半半，位移比比為2。則失去了了位移比這這個結(jié)構(gòu)特特征參數(shù)的的參考意義義，所以計計算位移比比時，如果果樓層中產(chǎn)產(chǎn)生“彈性性節(jié)點”，，應(yīng)選擇““強制剛性性樓板假定定”。層間位移角角限值《高規(guī)》第4.6.3條規(guī)定，，按彈性性方法計計算的樓樓層層間間最大位位移與層層高之比比△u/h宜符合以以下規(guī)定定：1、高度不不大于150m的高層建建筑，其其樓層層層間最大大位移與與層高之之比△u/h不宜大于于表4.6.3的限值：：結(jié)構(gòu)類型△u/h限值框架1/550框－剪、框－筒、板柱－剪力墻1/800筒中筒、剪力墻1/1000框支層1/10002、高度等等于或大大于250米的高層層建筑，，其樓層層層間最最大位移移之比△△u/h不宜大于于1/500；3、高度在在150～250米之間的的高層建建筑，其其樓層層層間最大大位移與與層高之之比△u/h的限值按按本條第第1款和第2款的限值值線性插插入取用用。注注：樓樓層層間間最大位位移△u以樓層最最大的水水平位移移差計算算，不扣扣除整體體彎曲變變形?？箍拐鹪O(shè)計計時，本本條規(guī)定定的樓層層位移計計算不考考慮偶然然偏心的的影響。。計算方法法及程序序?qū)崿F(xiàn)位移比的的限值是是根據(jù)““剛性樓板板假定”的條件件下確定定的，其其平均位位移的計計算方法法，也基基于“剛剛性樓板板假定””。程序中對對每一層層都計算算并輸出出最大水水平位移移、最大大層間位位移角、、平均水水平位移移、平均均層間位位移角及及相應(yīng)的的比值，，用戶可可以一目目了然地地判斷是是否滿足足規(guī)范。。注意事項項：復(fù)雜雜結(jié)構(gòu)的的位移控控制復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)，如坡坡屋頂層層、體育育館、看看臺、工工業(yè)建筑筑等，這這些結(jié)構(gòu)構(gòu)或者柱柱、墻不不在同一一標(biāo)高，，或者本本層根本本沒有樓樓板，此此時如果果采用““強制剛剛性樓板板假定””，結(jié)構(gòu)構(gòu)分析嚴(yán)嚴(yán)重失真真，位移移比也沒沒有意義義。所以以這類結(jié)結(jié)構(gòu)可以以通過位位移的““詳細輸輸出”或或觀察結(jié)結(jié)構(gòu)的變變形示意意圖，來來考察結(jié)結(jié)構(gòu)的扭扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)。對對于錯錯層結(jié)構(gòu)構(gòu)或帶有有夾層的的結(jié)構(gòu)，，這類結(jié)結(jié)構(gòu)總是是伴有大大量的越越層柱，，當(dāng)選擇擇“強制制剛性樓樓板假定定”后，，越層柱柱將受到到樓層的的約束，，如果越越層柱很很多，計計算失真真?？偪傊?，，結(jié)構(gòu)位位移特征征的計算算模型之之合理性性，應(yīng)根根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的實際際出發(fā)，，對復(fù)雜雜結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)采用多多種手段段。二、周期期比（輸出結(jié)果果參見WZQ.OUT）周期比控控制的意意義周期比控控制什么么？如同位移移比的控控制一樣樣，周期期比側(cè)重重控制的的是側(cè)向剛度度與扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度之之間的一一種相對對關(guān)系，而非其其絕對大大小，它它的目的的是使抗抗側(cè)力構(gòu)構(gòu)件的平平面布置置更有效效、更合合理，使使結(jié)構(gòu)不不致于出出現(xiàn)過大大（相對對于側(cè)移移）的扭扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)。一句句話，周周期比控控制不是是在要求求結(jié)構(gòu)足足夠結(jié)實實，而是是在要求結(jié)構(gòu)構(gòu)承載布布局的合合理性。周期比不不滿足要要求，如如何調(diào)整整？一旦出現(xiàn)現(xiàn)周期比比不滿足足要求的的情況，，一般只只能通過過調(diào)整平平面布置置來改善善這一狀狀況，這這種改變變一般是是整體性性的，局局部的小小調(diào)整往往往收效效甚微。。周期比比不滿足足要求，，說明結(jié)結(jié)構(gòu)的扭扭轉(zhuǎn)剛度度相對于于側(cè)移剛剛度較小小，總的的調(diào)整原原則是加強結(jié)構(gòu)構(gòu)外圈剛剛度，削削弱結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)筒剛剛度。規(guī)范條文文規(guī)范條文文：新高規(guī)的的4.3.5條規(guī)定，，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主主的第一周期期Tt與平動為主主的第一周期期T1之比，A級高度高高層建筑筑不應(yīng)大大于0.9；B級高度高高層建筑筑、混合合結(jié)構(gòu)高高層建筑筑及復(fù)雜雜高層建建筑不應(yīng)應(yīng)大于0.85。對于通常常的規(guī)則則單塔樓樓結(jié)構(gòu)，，如下驗驗算周期期比:1）根據(jù)各振振型的平平動系數(shù)數(shù)大于0.5，還是扭扭轉(zhuǎn)系數(shù)數(shù)大于于0.5，區(qū)分出出各振型型是扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)振型還還是平動動振型。。2）通常周期期最長的的扭轉(zhuǎn)振型型對應(yīng)的就就是第一一扭轉(zhuǎn)周周期期Tt，周期最最長的平動振型型對應(yīng)的就就是第一一平動周周期T1。3）對照“結(jié)結(jié)構(gòu)整體體空間振振動簡圖圖”，考考察第一一扭轉(zhuǎn)/平動周周期期是否引引起整體體振動，，如果僅僅是局部部振動，，不是第第一扭扭轉(zhuǎn)/平動周期期。再考考察下一一個次長長周期。。4）考察第一一平動周周期的基基底剪力力比是否否為最大大。5）計算Tt/T1，看是否否超過0.9(0.85)。多塔結(jié)構(gòu)構(gòu)周期比比：對于多塔塔樓結(jié)構(gòu)構(gòu)，不能能直接按按上面的的方方法驗驗算，而而應(yīng)該將多多塔結(jié)構(gòu)構(gòu)切分成成多個單單塔，按多多個單塔塔結(jié)構(gòu)分分別計算算。計算方法法及程序序?qū)崿F(xiàn)程序計算算出每個個振型的的側(cè)振成成份和扭扭振成份份，通過過平動系系數(shù)和扭扭轉(zhuǎn)系數(shù)數(shù)可以明明確地區(qū)區(qū)分振型型的特征征。周期最長長的扭振振振型對對應(yīng)的就就是第一一扭振周周期Tt，周期最最長的側(cè)側(cè)振振型型對應(yīng)的的就是第第一側(cè)振振周期T1（注意：：在某些些情況下下，還要要結(jié)合主主振型信信息來進進行判斷斷）。知知道了Tt和T1，即可驗驗證其比比值是否否滿足規(guī)規(guī)范。。文件WZQ.OUT：結(jié)構(gòu)振動動特性周期、地地震力與與振型輸輸出文件件(側(cè)剛分析析方法)振型號周周期期轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角平平動系數(shù)數(shù)(X+Y)扭轉(zhuǎn)系數(shù)數(shù)10.4665128.670.25(0.10+0.15)0.7520.435119.250.95(0.85+0.11)0.0530.4262104.290.89(0.05+0.84)0.1140.1631119.980.83(0.21+0.62)0.1750.160827.030.98(0.78+0.20)0.0260.149454.480.00(0.00+0.00)1.00地震作用用最大的的方向=4.737(度)考慮扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)耦聯(lián)時時的振動動周期(秒)、X,Y方向的平平動系數(shù)數(shù)、扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)系數(shù)振型號周周期期轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角平平動動系數(shù)(X+Y)扭轉(zhuǎn)系數(shù)數(shù)11.574283.440.06(0.00+0.06)0.9421.452490.890.94(0.00+0.94)0.0631.26650.451.00(1.00+0.00)0.0040.530290.560.03(0.00+0.03)0.9750.4025103.180.97(0.05+0.92)0.0360.374814.351.00(0.94+0.05)0.0070.3631138.630.50(0.29+0.21)0.5080.308293.370.05(0.00+0.05)0.9590.212692.740.06(0.00+0.06)0.94第一振型型為扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)考慮周期期比限制制以后，，以前看看來規(guī)整整的結(jié)構(gòu)構(gòu)平面，，從新規(guī)范的的角度來來看，可可能成為為“平面不規(guī)規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)”文件WZQ.OUT：判斷主振振型各振型作作用下X方向的基基底剪力力及占總總基底剪剪力的比比例振型號剪剪力(kN)比例(%)1302.119.2322685.8582.033171.615.24428.190.86586.252.6360.130.00顯然的主振型型三、層間剛度度比（輸出結(jié)果參見見WMASS.OUT）層間剛度比控控制的意義新規(guī)范要求結(jié)結(jié)構(gòu)各層之間間的剛度比，，并根據(jù)剛度度比對地震力力進行放大。。

新規(guī)范范對結(jié)構(gòu)的層層剛度有明確確的要求，在在判斷樓層是是否為薄弱層層、地下室是是否能作為嵌嵌固端、轉(zhuǎn)換換層剛度是否否滿足要求等等等，都要求求有層剛度作作為依據(jù)，直直觀的來來說,層剛度比的概概念用來體現(xiàn)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的的上下勻稱度度.規(guī)范條文1）抗震規(guī)范附附錄E2.1規(guī)定，筒體結(jié)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上上下層的側(cè)向向剛度比不不宜大于2；2）高規(guī)的4.4.2條規(guī)定，抗震震設(shè)計的高層層建筑結(jié)構(gòu)，，其樓層側(cè)向剛剛度不宜小于于相臨上部樓樓層側(cè)向剛度度的70%或其上相臨三三層側(cè)向剛度度平均值的80%；3）高規(guī)的5.3.7條規(guī)定，高層層建筑結(jié)構(gòu)計計算中，當(dāng)?shù)叵率业捻旐敯遄鳛樯喜坎拷Y(jié)構(gòu)嵌固端端時，地下室室結(jié)構(gòu)的樓層層側(cè)向剛度不不應(yīng)小于相鄰鄰上部結(jié)構(gòu)樓樓層側(cè)向剛度度的2倍；4）高規(guī)的10.2.3條規(guī)定，底部部大空間剪力力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換層上部結(jié)結(jié)構(gòu)與下部結(jié)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛剛度，應(yīng)符合合高規(guī)附錄E的規(guī)定：E.0.1)底部大空間為為一層的部分分框支剪力墻墻結(jié)構(gòu)，可近近似采用轉(zhuǎn)換換層上、下層層結(jié)構(gòu)等效剛剛度比γ表示轉(zhuǎn)換層上上、下層結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度的變化化，非抗震設(shè)設(shè)計時γ不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計時時不應(yīng)大于2。E.0.2)底部大空間層層數(shù)大于一層層時，其轉(zhuǎn)換換層上部框架架-剪力墻結(jié)構(gòu)的的與底部大空空間層相同或或相近高度的的部分的等效效側(cè)向剛度與與轉(zhuǎn)換層下部部的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的的等效側(cè)向剛剛度比γe宜接近1，非抗震設(shè)計計時不應(yīng)大于于2，抗震設(shè)計時時不應(yīng)大于于1.3。上述所有這些些剛度比的控控制，都涉及及到樓層剛度度的計算方法，目前看看來，有三種種方案可供選選擇：高規(guī)附錄E.0.1建議的方法——剪切剛度Ki=GiAi/hi高規(guī)附錄E.0.2建議的方法——剪彎剛度Ki=Vi/Δi抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明中建建議方法Ki=Vi/Δui新規(guī)范軟件全全部提供這三三種算法,用戶可以根據(jù)據(jù)需要。具體選擇，通通常選擇第三種算法。四、層間受剪剪承載力之比比（輸出結(jié)果參見見WMASS.OUT）層間受剪承載載力之比控制制的意義避免薄弱層的的輕易出現(xiàn),若不可避免要要采取相應(yīng)措措施予以加強強。規(guī)范條文新高規(guī)的4.4.3條和5.1.14條規(guī)定，A級高度高層建建筑的樓層層層間抗側(cè)力結(jié)結(jié)構(gòu)的受剪承承載力不宜小于其上一層層受剪承載力力的80％，不應(yīng)小于其上一層層受剪承載力力的65％；B級高度……不應(yīng)小于……75％。計算方法及程程序?qū)崿F(xiàn)1）層間受剪承載載力的計算與與砼強度、實實配鋼筋面積積等因素有關(guān)關(guān)，在用SATWE軟件接PK出施工圖之前前，實配鋼筋筋面積是不知知道的，因此此SATWE程序以計算配配筋面積代替替實配鋼筋面面積2）目前的SATWE軟件在《結(jié)構(gòu)設(shè)計信息息》（WMASS.OUT）文件中輸出了相鄰層層層間受剪承承載力之比的的比值，該比值是否否滿足規(guī)范要要求需要設(shè)計計人員人為判判斷。五、剛重比（輸出結(jié)果參見見WMASS.OUT）剛重比控制的的意義對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性的控制,避免建筑在地地震時發(fā)生傾傾覆.。當(dāng)高層、超高高層建筑高寬寬比較大，水水平風(fēng)、地震震作用較大，，地基剛度較較弱時，結(jié)構(gòu)構(gòu)整體傾覆驗驗算很重要，，它直接關(guān)系系到結(jié)構(gòu)安全全度的控制。。規(guī)范條文結(jié)構(gòu)剛重比大大于1.4,能夠通過《高規(guī)》(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗驗算；該結(jié)構(gòu)構(gòu)剛重比大于于2.7,可以不考慮重重力二階效應(yīng)應(yīng)《高規(guī)》（5.4.1）。計算方法及程程序?qū)崿F(xiàn)重力二階效應(yīng)應(yīng)即P-Δ效應(yīng)包含兩部部分：（1）由構(gòu)件撓曲曲引起的附加加重力效應(yīng)；；（2）由水平荷載載產(chǎn)生側(cè)移，，重力荷載由由于側(cè)移引起起的附加效應(yīng)應(yīng)。一般只考慮第第（2）種，第（1）種對結(jié)構(gòu)影影響很小當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移越越來越大時，，重力產(chǎn)生的的福角效應(yīng)（P-Δ效應(yīng)）將越來來越大，從而而降低構(gòu)件性性能直至最終終失穩(wěn)。對于多層結(jié)構(gòu)構(gòu)P-Δ效應(yīng)影響很小小。

對于于大多數(shù)高層層結(jié)構(gòu)，P-Δ效應(yīng)影響將在在5%～10%之間。對對于超高層結(jié)結(jié)構(gòu)，P-Δ效應(yīng)影響將在在10%以上。所所以在分析超超高層結(jié)構(gòu)時時，應(yīng)該考慮慮P-Δ效應(yīng)影響。(P-Δ效應(yīng)對高層建建筑結(jié)構(gòu)的影影響規(guī)律:中間大兩端小小)。

框架架為剪切型變變形，按每層層的剛重比驗驗算結(jié)構(gòu)的整整體穩(wěn)定。剪剪力墻為為彎曲型變形形，按整體的的剛重比驗算算結(jié)構(gòu)的整體體穩(wěn)定。注意事項1、結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)穩(wěn)定的調(diào)整當(dāng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)穩(wěn)定驗算符合合高規(guī)5.4.4條，或通過考考慮P-Δ效應(yīng)提高了結(jié)結(jié)構(gòu)的承載力力后，對于不不滿足整體穩(wěn)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，，必須調(diào)整結(jié)結(jié)構(gòu)布置，減減少結(jié)構(gòu)的高高寬比，提高高結(jié)構(gòu)的整體體剛度（只有有高寬比很大大的結(jié)構(gòu)才有有可能發(fā)生））。對對一些特殊的的工業(yè)建筑物物，在沒有特特殊要求的情情況下，也應(yīng)應(yīng)滿足整體穩(wěn)穩(wěn)定的要求。。2、結(jié)構(gòu)大震下的的穩(wěn)定第二階段設(shè)計計是結(jié)構(gòu)的彈彈塑性變形驗驗算，對地震震下容易倒塌塌的結(jié)構(gòu)和有有特殊要求的的結(jié)構(gòu)，要求求其薄弱部位位的驗算應(yīng)滿滿足大震不倒倒的位移限制制，并采用相相應(yīng)的專門的的抗震構(gòu)造措措施。對對于復(fù)雜和超超限高層結(jié)構(gòu)構(gòu)宜進行第二二階段的設(shè)計計。

第二二階段的彈塑塑性變形分析析，宜同時考考慮結(jié)構(gòu)的P-Δ效應(yīng)。為了保證結(jié)構(gòu)構(gòu)大震下的穩(wěn)穩(wěn)定，彈塑性性層間位移角角應(yīng)滿足下表表的要求：結(jié)構(gòu)類別[θp]框架結(jié)構(gòu)1/50框－剪、框－筒、板柱－剪力墻1/100剪力墻結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)1/120框支層1/120多高層鋼結(jié)構(gòu)1/503、結(jié)構(gòu)整體抗抗傾覆驗算《高規(guī)》與《抗規(guī)》對高層建筑尤尤其是高寬比比大于4的高層建筑的的整體抗傾覆覆提出了更嚴(yán)嚴(yán)格的要求。。

計算時時假定基礎(chǔ)及及地基均具有有足夠的剛度度，基底反力力呈線性分布布；重力荷載載合力中心與與基底形心基基本重合（一一般要求偏心心距不大于B/60）。如為基巖巖，地基足夠夠剛，MR/MOV要求可是當(dāng)放放松；如為中中軟土地基，，MR/MOV要求還應(yīng)適當(dāng)當(dāng)從嚴(yán)。地地震時，地地基穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)受到影響，，故抗震設(shè)計計時，尤其抗抗震設(shè)防烈度度為8度以上地區(qū)，，MR/MOV要求還要求適適當(dāng)從嚴(yán)；抗抗風(fēng)時，可計計及地下室周周邊被動土壓壓力作用，但但MR/MOV要求仍應(yīng)滿足足規(guī)程要求、、不宜放松。。

當(dāng)擴大大的裙房地下下室底板較薄薄、地下室墻墻體較少、地地下室墻體、、頂板開洞削削弱較多時，，抗傾覆力矩矩計算的基礎(chǔ)礎(chǔ)底面寬度宜宜