结构计算分析及其在工程中的应用

PKPM结构设计软件（2002新规范版）TAT,SATWE,PMSAP
结构计算分析及其在工程中的应用
一、 结构设计参数的合理选取
1、 总信息中增加＂裙房层数＂的参数，是为了0.2Q0的调整．对于立面有变化的高层，程序给出0.2Q0调整可能偏大，可人工干预调整．
2、 转换梁由设计人自行定义，转换层所在层号由设计人输入．
3、 结构材料信息仅影响风荷载的大小，程序按0.065n给出一个隐含值．如果计算结果中结构的基本周期大于隐含值，应将计算值代替隐含值．
4、 结构体系：如为短肢剪力墙结构，应调整结构的抗震等级．
5、 模拟施工荷载1，逐层加载；模拟施工荷载2，考虑基础变形，对刚度不很大的框筒、筒体结构适用，目前计算版本暂不能使用．
6、 结构温度应力计算信息，目前暂不使用．编制人试算8度设防的北京实例，配筋相当于9度设防．原因是未考虑砼的徐变、微裂纹对应力的释放，计算结果偏大．
7、 对所有楼层强制采用刚性楼板假定，只有位移控制是在刚性楼板假定条件下计算．执行这一开关地震力、内力计算结果不对．一般工程计算二遍，一是强制楼板刚性控制位移；二是真实情况计算内力、地震力．
8、 程序风荷载是按高规计算的，对多层偏大30％．新规范风荷载由30年一遇改为50年一遇，基本风压增大20～30％．
二、 地震作用效应计算与调整
1、 新程序中无论是藕联计算还是非藕联计算，依据的都是藕连矩阵．考虑藕联对任何结构都适用．
2、 偶然偏心：对偶然偏心解释抗震规范（5.2.3－1条）与高规（3.3.3条）不同．新程序按高规执行，主要是因为ⅰ、考虑藕联对任何结构都适用．ⅱ、依靠程序自行搜索边榀很困难．计算时选取此项，计算内力增大5～10％．程序内定考虑X方向：正偏心，负偏心．Y方向：正偏心，负偏心．只在内力和位移计算中考虑．（TBSA在周期计算时就考虑了）
3、 双向地震作用：根据抗震规范5.1.1－3条考虑双向地震作用的扭转影响时，柱按单偏压计算时无问题．但按双偏压计算，柱的配筋增加多达30～50％．因此早期程序考虑双向地震作用时，不考虑柱的双向偏压计算．经程序编写组与规范编写组协商，现程序按下列原则考虑：主方向的弯矩、剪力和轴力按0.85开平方；次方向弯矩、剪力和轴力保持原值不变．
4、 多方向地震：程序输出的计算结果中给出了地震作用的最大方向，对于复杂结构应将此方向输入进行计算．
5、 一般钢筋混凝土结构可不考虑Ｐ－Δ效应．
三、 调整信息
1、 剪力墙加强层起算层号：此项如填0，表示加强区从±0.00层起算；此项填-1表示加强区从负一层地下室起算．无论此项填何值，都不影响加强区的绝对高度．有地下室时，地下室墙是否算加强区，一般情况不希望墙的配筋下小上大．对一层地下室算加强区较好．
2、 对9度及一级框架结构梁柱的超配系数隐含值为1.15．相当过去考虑的二个1.1．
3、 楼层水平地震剪力调整：根据抗震规范5.2.5条要求，若要求调整，程序将自动调整不满足剪重比的楼层内力．但一般情况希望不调整．因为计算结果小于剪重比的要求，很可能结构的方案不合理．
4、 薄弱层：薄弱层的判断，可通过计算结果中的刚度比．设计人通过第一次计算结果判断出薄弱层，再对此项进行填写．
5、 荷载组合：⑴、增加了由永久荷载效应控制的组合．⑵、可以调整活荷载的分项系数和活荷载的组合系数．
6、 程序中转换梁的内力调整，严格按规范执行．转换梁及框肢柱需要设计人自行定义．框肢柱分为二类：一是四周是梁．二是剪力墙的边榀．一个方向不是柱，为剪力墙的一部分．另一方向是柱．
7、 程序将与剪力墙相连柱承担的倾覆弯矩，归属剪力墙．而不归属框架柱．否则框架柱承担的倾覆弯矩可能超过50％．
四、 结构整体性能控制
1、 位移控制：程序按高规4.3.5条执行．输出结果第一项是构件节点位移，第二项是层间位移．
位移控制是通过控制位移比进行的．计算结果出现个别位移比超限时，可查位移的大小．在位移
很小的情况下，可不考虑．
2、 周期控制：高规4.3.5条要求第一扭转周期Tt与第一平动周期T1之比,A级高层小于0.9．程序
输出了各振型的周期．对于结构比较规则，刚性楼板假定．输出的结果第一项为X方向平动周期，
第二项为Y方向的平动周期．最长的平动周期就是第一平动周期，再找出同方向第一扭转周期．二
者之比应满足高规要求．
3、 刚度比的控制：程序提供了三种方法，一是高规附录E.0.1－剪切刚度K1=
(CiGciAci+GwiAwi)/hi；二是高规附录E.0.2－剪弯刚度Ki=Fi/Δi；三是抗震规范3.4.2，3.4.3条
文说明中建议的方法Ki=Vi/Δui.
方法1过于简单．方法2用于转换层的计算．程序隐含的是方法3，概念和计算均简单．但未扣除刚
体转角引起的位移．
4、 框架承担的倾覆力矩计算按抗震规范6.1.3条文说明中公式．
5、 多层结构薄弱层验算，近似程度较大，计算的位移可能偏小．原因是采用薄壁柱模型，与抗
震要求的强柱弱梁概念不一致．
6、 时程分析：选地震波对计算结果影响很大，有条件的地区用当地的实测波．选波的原则为每
条波计算的结果不少于按振型分解法计算结果的60％（可调整波的放大系数）；三条波的平均反
应，不小于振型分解法的80％．
五、 一些特殊功能编制原理与应用
1、 弹性楼板：程序提供了三种模型．⑴、弹性楼板6：考虑楼板的面内刚度和面外刚度，采用壳
单元．原则上适用于所有结构，但采用弹性楼板6计算时，楼板和梁共同承担面外弯矩，计算结果
中梁的配筋小了，而楼板承担面外弯矩，计算的配筋又未考虑．此外计算工作量大．因此该模型
仅适用于板柱结构．⑵、弹性楼板3：考虑楼板的面内刚度无限大，并考虑楼板的面外刚度．适用
于厚板转换层．⑶、弹性膜：考虑面内刚度，面外刚度为零．采用膜剪切单元．
2、 程序中地下室信息＂回填土对地下室约束相对刚度比＂：所填数值，相当于地下室被约束后
时地下室本身刚度的多少倍．如填负数，表示嵌固水平位移，不嵌固竖向位移．如结构计算中，
只算上部结构，相当于既约束了水平位移，又约束了竖向位移．这仅适用于地下室刚度很大的情
况．
3、 各种竖向构件根据截面尺寸分为：柱――H/B<3；异形柱――H/B<5;短肢剪力墙――
5 8.采用TAT、TBSA计算时，建模均为薄壁柱单元．但采用SATWE计算时，
应注意柱、墙单元的选择，对柱、异形柱选柱单元（一维单元），对短肢剪力墙、剪力墙选壳单
元（二维单元）．否则计算结果差异很大．
4、 设计参数信息＂梁柱重叠部分简化为刚域＂：选用此项梁柱重叠部分简化为刚域，适用于异
形柱结构，可真实计算梁的内力和配筋．
5、 设计参数信息＂混凝土柱计算长度系数执行混凝土规范7.3.11－3条＂：一般情况不采用，除
9度或沿海地区风起控制作用时采用．
六、 特殊工程分析
1、 多塔定义、有＂缝＂结构：
多塔指的是：各塔之间相互独立；每个塔的外表面都是迎风面．定义多塔是为了帮助风荷载的倒
算．
对多塔结构要判断平动周期与扭转周期的比值，需要每个塔单算．对分缝结构判断平动周期与扭
转周期的比值时单算，计算内力和配筋时可合算或分算．分算时一个方向的风荷载算大了．
2、 楼板开洞：对板柱结构，楼板定义为弹性楼板6；对砌体结构，楼板定义为弹性膜．
3、 弱连接：由于两边振动可能不同步，引起拉、压作用．建议不考虑楼板的作用，仅考虑梁承
担拉、压作用．
4、 不等高嵌固：PM程序中有＂与地基相连的最高层号＂信息，启用后程序对悬空柱进行搜索，
加上嵌固约束．对电梯井道下落也可按此方法处理．
还可以通过修改不等高柱的坐标解决不等高嵌固．
5、 SATWE提供了＂复杂楼板有限元分析与设计（SlabCAD）”.SlabCAD可自动从SATWE的三维分析
结果中取出需要精细分析的楼板或楼板局部，进行二次有限元分析和配筋设计．适用于各种复杂
楼板如板柱结构的楼板、预应力楼板、转换层结构的厚板、人防地下室的顶板、需考虑板面内拉
伸和剪切作用的特殊结构．
6、 剪力墙上洞口处梁的输入：一般门窗洞口按剪力墙开洞处理，即洞口处为连梁，以剪切变形
为主；如洞口跨中弯矩不可忽略，以弯曲变形为主，按梁单元输入．此时要在剪力墙洞口两侧增
加节点号．
7、 框肢结构的转换梁计算，通常是由施工阶段，正常使用阶段往往不控制．设计时应补充施工
阶段的验算，把上面几层荷载按均布恒载加上，对转换梁进行验算．SATWE整体计算时，框肢转换
梁的计算偏小，配筋时留10～20％的余量．
8、 框剪结构判断框架的抗震等级时，需先计算．按框架承担的倾覆力矩百分比确定