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框架-整体指标计算

发布于：2022-10-25 14:51:25 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

整体指标计算

整体指标计算前提条件——刚性楼板假定（假定楼板只有3个自由度，忽略面内变形，但计算内力配筋就不能用刚性楼板假定，因为这是细节，细节到每个构件）。调整的顺序：每层单位面积重力→层间位移角→周期比、位移比→其他的

1.每层单位面积重力：=每层荷载质量/每层面积（活载乘2计算，以前重力荷载代表值估算柱子截面就是0.5×活载）

【高规5.1.8条文说明】有建议范围(高层、多层均适用)。如果不满足要求，可能的原因：恒荷载输错，板厚输的太厚，梁柱截面尺寸有问题；

例：2层，恒载质量/面积=2198.9/1873.77=1.17=11.7KN/m²∈(10~127KN/m²)

活载质量/面积=185.8*2/1873.77=0.198=1.98KN/m²∈(2~3KN/m²)

另外，质量比只关注地面以上，地面以下质量比失效，此层质量比=此层质量/下一层质量，地下1层取1，涉及到地下的（上图的1、2层）都不用管，因为质量比属抗震概念设计，地下不抗震。

2.层间位移角，(结构刚度问题)在风和地震水平荷载下，限制结构的水平位移，确保结构具备足够的刚度，避免产生过大的位移。【抗规5.5.1、高规3.7.3】。在风控制下，多一些富余，在地震作用控制下，可以临界取值(风常有而地震不常有)

计算要求：计算层间位移角，高层抗震设计时不考虑偶然偏心，不考虑双向地震（但是多层建筑的话一定结合本地做法，与审图单位沟通）。层间位移角(太大)不满足规范要求，说明结构较柔。但层间位移角过分小，则说明结构的经济技术指标较差，浪费，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

层间位移角不满足条件时调整方式：对于8度区，层间位移角较难通过；①可以调整中梁刚度放大系数为2(算配筋时调1.5)，②周期折减系数稍微变大一些，③若层间位移角还是不满足，加大截面做扁柱，哪个方向不满足就增大那个方向的高度，适当增加框架梁梁高。④回填土信息m值至少可以填10以上，详情见【桩规5.7.5】。层间位移角相差较多的时候，应当增加截面，保证结构刚度，层间位移角相差较少的时候，可以通过修改Satwe参数达到目的。

对于8度区剪力墙项目，层间位移角/位移比与强连梁等各种因素，各方面利害关系是相互取舍的关系，比较难调。例如：要满足层间位移角，就要增大梁高，梁高增大必然使得梁跨高比变小，成为强连梁。

【周期折减系数与层间位移角的关系？】周期折减系数越小，周期越小，地震作用越大，且刚度不变，故层间位移角增大；周期折减系数越大，周期越大，地震作用越小，且刚度不变（模型不变），故层间位移角减小；故有些设计院，当层间位移角算不过去的时候，周期折减系数就偏大的取0.7（减小地震作用），相当于我现在要少考虑填充墙的这部分刚度吸收的地震作用，来减小地震作用。

如果框架柱间墙很多，周期折减系数顶多0.7( 实心砖)0.75( 空心砌块) ；如果墙都是轻质隔墙，外墙是玻璃幕墙，柱间都是空的，可以到0.8 、0.85 。

3. 扭转位移比：在 考虑偶然偏心的规定水平力 作用下，楼层的竖向构件的最大水平位移和层间位移，与该楼层位移平均值的比值 ( 【高规 3.4.5 】，属于平面布置问题，讲究平面布置均匀， 只控制地震作用下的位移比限值，风荷载不考虑 ) 。

【限值】不宜大于1.2，不应大于1.5，当楼层的最大层间位移角不大于【高规3.7.3】规定的限值的40％时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松，但不应大于1.6。

【计算简图】位移比=1.2时，一端为1.0，另一端为1.5(即一端位移是另一端的1.5倍)；位移比=1.6时，比值为4。

【位移比计算采用规定水平力而不采用CQC组合】【高规3.4.5条文说明】

规定水平地震力，一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力，并考虑偶然偏心。此处的振型组合一般都是采用CQC组合，计算位移比肯定是要考虑偶然偏心。并且CQC与考虑偶然偏心两者是相互独立的，例如计算层间位移角时，采用CQC，不考虑偶然偏心。

规定水平力的换算原则：每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值；连体下一层各塔楼的水平作用力，可由总水平作用力按该层各塔楼的地震剪力大小进行分配计算。也就是说先用CQC组合计算出了结构总地震效应，得到每一层地震剪力效应，然后取剪力差的方法来计算位移比。在公式上规定水平力为δ=|V_i-V_i+1|/K_i，而CQC计算δ=V_i/K_i，K_i为层刚度，由于位移比是位移的比值，且采用CQC/规定水平力的K不变，因此对分子处剪力的大小对位移比计算无影响。

CQC是将结构各振型的响应在概率的基础上采用完全二次方开方的组合方式得到总的结构响应，每一点都是最大值，可能出现两端位移大，中间位移小，所以CQC方法计算的结构位移比或倾覆力矩可能偏小，不能真实地反映结构的扭转不规则。规定水平力是单向水平静力，结构在其作用下的位移，不会出现上述CQC法计算时出现的“怪异现象”。

【水平地震作用的类型】

单向水平地震作用计算(2个工况)；考虑偶然偏心的单向水平地震作用计算(4个工况)；不考虑偶然偏心的双向水平地震作用计算(1个工况且只对配筋有用)。

【偶然偏心】【高规4.3.3】

即由偶然因素引起的结构质量分布的变化，会导致结构固有振动特性的变化，因而结构在相同地震作用下的反应也将发生变化。考虑偶然偏心，也就是考虑由偶然偏心引起的可能的最不利的地震作用，即每层的质心沿垂直于地震作用方向偏移5%的地震作用。

考虑偶然偏心，程序将增加计算4个地震工况；将原本不考虑偶然偏心的2个工况加起来，共6个工况。PKPM分为“静震(规定水平力)”与“非静震(地震)”，“静震”用来看位移比(6个工况),“非静震”用来看层间位移角(高层不考虑偶然偏心故只有2个工况、多层考虑偶然偏心6个工况)

高层：计算结构配筋、位移比考虑偶然偏心的影响(其中配筋用“非静震”和风荷载8个工况、位移比用“静震”6个工况，)，计算层间位移角不考虑偶然偏心（用“非静震”和风荷载）

多层：计算结构配筋、位移比考虑偶然偏心的影响(其中配筋用“非静震”和风荷载8个工况、位移比用“静震”6个工况，)，计算层间位移角考虑偶然偏心（用“非静震”和风荷载）

【双向水平地震作用】，见【抗规 5.1.1-3 】（ 质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响 ）即位移比＞ 1.2 时考虑 。是否考虑双向地震作用，模型要算 2 遍，第一遍算完看位移比是否大于 1.2 ，大于 1.2 就选择计算双向地震，小于 1.2 就不用管。考虑了双向地震作用后，实际上就是算配筋时多了一个双向地震作用工况（并且这个工况不考虑偶然偏心），对于计算位移比、层间位移角没影响（计算位移比、层间位移角本来就不考虑双向地震），位移比是为了限制结构扭转、层间位移角是控制结构的侧向刚度，而双向地震作用计算，本质是对抗侧力构件承载力的一种放大，属于承载能力计算范畴 ( 配筋 ) ，不涉及对结构扭转控制的判别和对结构抗侧刚度大小的判断 。

【位移比实际操作】

1)位移比≤1.2，最正常的情况，考虑偶然偏心

2)1.2＜位移比≤1.5，考虑偶然偏心、双向地震（PKPM默认计算双向地震不会计入偶然偏心，这个不用担心）。

3)位移比＞1.5，调模型，增加梁高/做扁柱。

不满足时调整方法：找到位移大的位置，加大梁或墙体截面，缩小位移小的位置的截面，看质心与刚心的距离，整体振动空间图，找到调整的大方向。每一层位移比最大的部位是同一个位置，因此增加截面尺寸，要整栋结构每一层都要增加。

位移富余很大时，位移比可以放宽【高规3.4.5：当楼层的最大层间位移角不大于【高规3.7.3】规定的限值的40％时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松，但不应大于1.6】

建筑为很长的时候以及有裙房的时候，位移比容易不过，Li可以适当调整，见【高规条文说明4.3.3】。这个主要是建筑物裙房很长，其偶然偏心e=0.05Li会很大，故可以取e=0.04Li、e=0.03Li

加入门头的位移比容易超的很多(会使得偶然偏心加大)，可以删掉之后算位移比。

4.扭转周期比：=结构扭转为主的第一自振周期(也称第一扭振周期)Tt与平动为主的第一自振周期(也称第一侧振周期)T1的比值(【高规3.4.5】，属于平面布置问题，讲究平面布置均匀)，高层必须满足，多层也尽量满足。周期比显示的是结构的抗扭转能力，而位移比是结构实际存在的扭转量值。周期比越小，抗扭能力越好，周期比越大，抗扭能力越差。

周期比不满足时调整方法：

①总体调整原则是加强结构外部刚度，削弱内部刚度；基本上就是增大/减小梁柱截面，对于剪力墙结构，就是做上翻梁。

②找到位移大的位置，刚度加大，减小位移小位置的刚度。

③当第一振型为扭转时，说明结构的扭转刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的侧移刚度过小，此时沿两主轴加强结构外围的刚度，并削弱结构内部的刚度。(扭转相对于平动更容易发生)

④当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的侧移刚度相差较大，结构的扭转刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的内部刚度，并适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。

例1：

例2：

⑤为什么要调成一平二平三扭？。

虽然周期比满足要求，但抗规建议X方向与Y方向动力特性宜接近(高层要，多层框架就不需要)。尽量使得一平动二平动三扭转。在此表中，削弱第三振型X方向的刚度，使X方向周期变大。

例3：

此图中，第一平动周期中扭转成分有13%，平动成分87%，多层不在乎，而高层中一般建议平动成分90%以上，95%以上最好。

5.刚度比：

【建筑结构的楼层侧向刚度有三种计算方法】

1)【高规附录E.0.1】建议的“等效剪切刚度法”(简称剪切刚度法)，Ki=GiAi/hi；剪切刚度主要与构件截面面积有关

2)【高规附录E.0.2】建议的“等效侧向刚度法”(简称剪弯刚度法），Ki=△i/hi；

3)【抗规3.4.3、3.4.4及条文说明】（条文中对正文中侧向刚度怎么计算给了计算方法）及【高规3.5.2及条文说明】建议的“层间剪力与层间位移之比”的方法，Ki= Vi/△i。即胡克定律F=kx，主要与力和位移有关

SATWE软件可以实现上述三种楼层侧向刚度计算方法，当设计人员不指定楼层侧向刚度计算方法时，软件自动按第3 种计算方法计算，即按层间剪力与层间位移之比的方法计算楼层的侧向刚度(高规与抗规都建议采用此计算方式计算刚度比)。

①刚度比在哪看？“立面规则性”的“[楼层剪力/层间位移]刚度”

对于框架结构，看 Ratx1 、 Raty1 ；≥ 1 即满足

对于剪力墙结构等，看Ratx2、Raty2；≥0.9即满足，对于本层高大于1.5倍相邻层高，则需≥1.1(此情况一般出于底层)。对于结构底部嵌固层(计算嵌固端)，计算嵌固端在地下室顶板，则地下一层/首层≥1.5，当计算嵌固端在基础顶，则地下底层/地下倒数底二层≥1.5。

②刚度比不满足，系统判定为薄弱层并对薄弱层进行地震内力放大，放大系数按Satwe调整信息2设置，多层选‘仅按抗规判断’/高层选‘按抗规和高规从严判断’；薄弱层层数和层号系统会自动填写。除了放大地震内力的方法，也可以增大构件截面。

控制结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变(只看地面以上上部结构)。说明：对侧向刚度不规则的情况，程序可自动按刚度比判断薄弱层并对薄弱层进行地震内力放大(水平地震作用标准值，对于抗规适用于多层框架采用1.15；对于高规适用于高层框架采用1.25)。对竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变的情况，程序不能自动判断薄弱层，需要用户特殊指定。

③同时刚度比不满足，满足【抗规5.5.2】的结构还要进行罕遇地震下薄弱层(软弱层)的弹塑性变形验算【抗规5.5.5】。例如此例为7度框架，故这时要判断楼层屈服强度系数是否＜0.5；如果小于，则要验算弹塑性变形，如果不小于，则无需验算弹塑性变形。无论验不验算，PKPM都会对软弱层进行地震内力放大(1.15/1.25).

打开“变形验算”的“大震下弹塑性层间位移角”，框架弹塑性层间位移角限值是1/50，满足即可(已进行软弱层地震内力放大)，不满足也就意味着只让PKPM使地震内力放大，不足以通过弹塑性层间位移验算，故要增大那一层柱截面。

【嵌固端刚度比问题】

【高规5.3.7】高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。

高规没有说明用哪种方法计算侧向刚度，而抗规则表明用剪切刚度计算。对于这个“2倍”，剪切刚度法比较难通过，层剪力/层位移法相对容易通过。当首层与地下一层侧向刚度比大于0.5时，也就是不满足“2倍”关系，只能通过增加地下一层墙体/柱子截面面积，6度区墙厚做到250/300mm，7/8度区墙厚做到300/350mm；如果还不能满足要求，则减小地上一层的墙长，加大洞口。就是增大分子，减小分母。

①【采用层剪力/层位移刚度计算】有时对于一些8度区项目，地震作用较大，上部结构的墙厚都做得比较大，就算墙厚做到400mm也不能满足，此时将【高规5.3.7】的剪切刚度比1.5倍、层剪力/层位移刚度比2倍来控制，但此时在结构总信息中定义地下室层数为0，即认为基坑回填土对结构没有约束作用(此时计算嵌固端在地下室顶板，因为车库顶板距离主楼地下室顶板高差过大差了1.5m，不能利用车库的框架柱抗侧刚度)，可反映结构楼层的实际侧向刚度，重新计算模型看[楼层剪力/层间位移]刚度，看RJX与RJY的地下一层与首层刚度比值。

②【计算嵌固端设置在基础顶】(此时只需满足【高规3.5.2】，不用满足【高规5.3.7、抗规6.1.14】的“2倍关系”)，此时地下室墙体不用做满，但需要设置约束边缘构件。如果将嵌固端设置在地下室顶板，则需要加大地下室刚度，满布墙体，好处是可以布置构造边缘构件且地下室抗震等级逐层递减。所以尽量还是将嵌固端设置在地下室顶板比较省(最合理最经济)，从结构概念上讲也比较有利。

③【计算嵌固端设置在地下室二层顶】假设地下室只有2层，此时只要能计算满足刚度比2倍关系即可，地下二层做构造边缘构件，墙体满布，地上一层做约束边缘构件，墙体无需满布，且此时能考虑土的约束作用，且能利用车库的框架柱抗侧刚度。

6.刚重比：【高规5.4.1、5.4.5】

用于判断是否考虑重力二阶效应。打开“抗倾覆和稳定”中的“整体稳定刚重比验算”

①比值≥20，不考虑

②10≤比值≤20，考虑重力二阶效应，打开“设计信息1”中的“二阶效应计算”，采用直接几何刚度法。

③比值≤10，结构不能通过整体稳定验算，需要提高刚度降低重力：增加柱截面尺寸，降低板厚、降低次梁截面尺寸，恒活荷载是不是输入过大。

7.层间受剪承载力之比：【抗规3.4.3，高规3.5.3、3.5.7】

控制结构的竖向规则性(只约束地面以上上部结构，不约束地下结构)。说明：对竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变的情况，程序不能自动判断薄弱层，需要用户特殊指定。对薄弱层进行地震内力放大(对于抗规适用于多层框架采用1.15；对于高规适用于高层框架采用1.25)。

①比值≥0.8，竖向规则

②0.65≤比值≤0.8，竖向不规则，自己在调整信息2中添加薄弱层个数和薄弱层层号(层号间用英文逗号或空格)进行地震内力放大(新版本PKPM应该会自动添加了)

③比值≤0.65，特别竖向不规则，调模型加大柱截面

8. 剪重比：【抗规 5.2.5 、高规 4.3.12 】地下室剪重比不需要满足规范的要求，不论地下室顶板是否作为嵌固端，地下室的地震作用是明显衰弱的。

类似于构造措施、最小配筋率，规定了最小地震剪力，一般情况下出现在6度区的高层剪力墙中，框架结构很少出现。打开“抗震分析及调整”中的“地震作用下结构剪重比及其调整”。

不满足剪重比怎么调整：①减小周期折减系数②打开“调整信息2”中的“剪重比调整”，则PKPM会自动考虑。③增加柱子墙体截面尺寸

例如：6度区的项目，墙体用的太少，刚度偏弱，吸收的地震作用也弱，此时应增加墙体，增加竖向构件的刚度。

9. 轴压比：【抗规 6.3.6 】。

轴压比用的是配筋模型，因为轴压比针对是构件。

柱子轴压比不满足时(拉梁层柱子轴压比不满足要求，也需要调整)，沿柱全高采用复合井字箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm，这样轴压比限制可增大0.1，一般都能满足，还不行就只能增大柱截面。拉梁层是地下一层，多多少少还是有些许地震作用的，所以拉梁层轴压比不满足要求也要调整，有地下室的结构，从地下二层开始，地震作用基本就没有了。

楼梯间的柱子很容易成为短柱(剪跨比＜2)，两跑楼梯梯梁搭柱子上，柱子就成短柱。

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