PKPM参数分析

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1、抗震参数详解在结构平面基本确定后，构件尺寸以及混凝土强度等级初估之后，采用软件计算。在计算过程中通过不断调整及控制以下八个重要比值，周期比、位移比、刚度比、刚重比、剪重比、轴压比、受剪承载力比和框架倾覆力矩比对结构体系进行优化：1. 周期比：（高规3.4.5条）周期比反映结构抗扭和抗侧刚度的相对关系，主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比计算方法：1）扭转周期与平动周期的判断：从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期，按周期值从大到小排列。同理，将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列；2）第一周期的判断：从列队中选出数值最大的扭转（平动）周期，查看软件的“结

2、构整体空间振动简图”，看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动，如果其仅仅引起局部振动，则不能作为第一扭转（平动）周期，要从队列中取出下一个周期进行考察，以此类推，直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转（平动）周期；3）周期比计算：将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。周期、地震力与振型输出文件考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X,Y方向的平动系数、扭转系数振型号周期转角平动系数（X+Y）扭转系数1.593489.801.00 ( 0.00+1.00 )0.0021.3949179.540.71 ( 0.71+0.00 )0.2931.15760.430.29

3、 ( 0.29+0.00 )0.7140.424489.281.00 ( 0.00+1.00 )0.0050.4029178.970.78 ( 0.78+0.00 )0.2260.33010.400.22 ( 0.22+0.00 )0.78由以上计算结果分析可知：第三周期为结构扭转周期，扭转第一周期与平动第一周期之比为0.726，满足规范中扭转第一周期与平动第一周期之比不应大于0.90的要求；同时，根据结构基本自振周期的经验公式（荷载规范附录E.2.1、E.2.2）计算，来判断整个结构体系刚度是否适中。因此，在结构分析过程中，结构周期的长短及周期比的大小是判断整个结构体系刚柔性和整体抗扭刚度的

4、两个重要因素。若周期的长短偏离经验公式较多，则需分析原因，尽量避免成为模糊结构（比如剪力墙较少的框架结构、筒体偏小的框架核心筒结构、肢长较短的剪力墙结构等），现行的规范对结构定义还，缺乏较好的连续性，呈跳跃状。若周期比不满足规范的要求，设计人员需要增加结构周边构件（墙、梁或连梁）的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。但应以加墙为先，加高连梁会导致剪力墙的延性下降。2. 位移比：（高规3.4.5条）位移比主要控制结构平面的规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。需要指出的是，新规范中规定的位移比限值1.2，1.5（1.4）是按刚性板假定作出的，如果在结构模型中设定了弹性板，

5、则必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”，以便计算出正确的位移比。在位移比满足要求后，再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的选择，以弹性楼板设定进行后续配筋计算。对选择偶然偏心，单向地震，双向地震下的位移比，设计人员应正确选用。本结构体系最大位移与层平均位移的比值(Ratio-(X),Ratio-(Y)和最大层间位移与平均层间位移的比值(Ratio-Dx,Ratio-Dy)计算结果均控制在1.2以内。周期比及位移比均为对结构体系扭转效应的重要控制参数。地震对结构产生的振动效应有平动、竖向振动、平动扭转耦连振动。严格的说，结构只要不是双轴对称都会有平扭耦连。产生扭转的原因有

6、外因和内因。外因：地震是一种多维随机运动，地面运动存在着转动分量或地面各点的运动存在相差；内因：结构自身的不对称，结构平面质量中心和刚度中心不重合，存在偏心，导致水平地震下结构的扭转振动。此外对于高层建筑，即使每层的质心和刚心重合，但各层的质心不在同一竖轴上同样也会引起整个结构的扭转振动。所以，最大限度的控制周期比及位移比会使结构更趋于安全。倘若高层建筑底部几层层间位移较小，小震下达不到规范规定的限值的40%，构件承载力达到中震不屈服，则上述位移比可适当放宽，但不应大于1.6.建议我们常规结构慎用。FloorTowerJmaxMax-(Y)Ave-(Y)Ratio-(Y)hJmaxDMax-D

7、yAve-DyRatio-DyMax-Dy/hDyR/DyRatio_AY5114863.262.391.373070.12120.550.521.061/5627.15.6%0.564111432.771.891.475350.11431.050.761.381/5104.1.7%0.64317811.731.141.524200.7810.880.581.511/4789.19.5%0.75215730.860.561.535100.5730.850.551.551/6015.86.2%0.603. 刚度比：（抗规3.4.2）刚度比主要控制结构体系的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层

8、。高层建筑混凝土结构技术规程3.5.2条规定，抗震设计的高层结构其楼层与其相邻上层的侧向刚度比值有如下规定：框架结构不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8；对框架-剪力墙、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构，楼层与相邻上层的侧向刚度比不宜小于0.9，当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1，对结构底部嵌固，该比值不宜小于1.5,通过对比喙SATW昭处理文件WMASS.OUT每层的刚度比值Ratx1，Raty1可以确定结构侧向构件变化的均匀性。（SATWE中须根据手工比值强制设为薄弱层）一般情况下，结构体系没有突变，刚度比值会满足要求。但对于

9、带有转换层或者薄弱层的结构体系，刚度比应严格控制。而设有转换层的结构必须满足高层建筑混凝土结构技术规程附录E的规定。另外，高层建筑混凝土结构技术规程5.3.7中规定，在高层结构计算过程中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。同时建筑抗震设计规范第6114条规定了地下室顶板作为上部结构嵌固端的其他相关要求。SATWES根据抗震规范和高规的要求，软件提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键：1）剪切刚度y=G2A2/G1A1xHi/H2（

10、高规附录E.0.1建议的方法）主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；2）剪弯刚度丫yA1H2/A2Hl（高规附录E.0.2建议的方法）主要用于底部大空间为两层及两层以上的转换结构；3）地震力与层间位移比Ki=ViMw（抗规3.4.2条文说明）基本用于除以上两种之外的所有结构。以上的三种层刚度的计算方法的适用范围为SATWEf算手册中建议。从定义上理解，层刚度是结构的固有的力学特性，当两个楼层的构件布置、截面尺寸、材料、层高都相同时，它们的层刚度也应相同。但抗规条文说明建议的计算方法算的结果是不同的，究其原因：是Vi、Aw分别是水平地震作用下某层的层剪力和层位移差，由于Aw

11、既包括了剪切变形，又包括了因结构整体弯曲（既刚体转动）引起的水平位移，导致计算所得的Ki随着楼层位置变高而逐渐减小。而剪弯刚度算法德计算刚度均假定下端位嵌固，由单位水平力作用于刚度中心计算楼层的水平位移，进而求得该楼层的侧向刚度，其物理意义明确，比较真实的反映了结构固有的力学特性。所以建议在计算楼层侧向刚度比、判别层刚度是否突变、确定薄弱层位置时采用剪弯刚度来判断。4.刚重比：（高规5.4.1）刚重比主要为控制结构体系的稳定性，以免结构产生倾覆不会倾覆条件:剪弯型（剪力墙、框剪、筒体）刚重比大于等于1.4 （极限）剪切型（框架）刚重比大于等于10 （极限）不考虑重力二阶条件：剪弯型（剪力墙、框

12、剪、筒体）刚重比大于等于2.7剪切型（框架）刚重比大于等于20高层结构仅在重力荷载作用下失稳的可能性是很小的，当结构在地震作用和水平风荷载作用下产生水平位移时重力荷载将引起结构的P-?效应，在刚重比较小时，上图的Y轴呈陡变，使结构的位移和内力急剧增加，甚至导致结构失稳。5. 剪重比：（高规4.3.12）剪重比主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。楼层最小水平地震剪力主要是反映地震作用不确定性及地面地震运动速度、位移对结构的作用效应，弥补加速度反应谱的不足。对于刚度较弱、周期较长的结构，地震地面运动速度和位移的输入可能会对结构的破坏具有更大的影响。但是，现行规范所采用的振型分解反应谱法对

13、此尚不能做出估计。对剪重比人的控制，是为了使周期较长、刚度较弱的结构所承受的各楼层地震剪力和实际情况更为接近。如果结构部分楼层实际计算的地震剪力系数入与规定的值相差不大，则直接按照最小剪力系数调整相关层的地震剪力；如果实际计算的地震剪力系数与规定的入值相差较大，表明结构的整体刚度偏小，宜适当增加结构侧向刚度。地震剪力的调整可直接反映在相应楼层的地震内力中，不必往下传递。对于6度抗震设计的结构，高规与抗规没有专门的规定，依据有关经验参考值控制在0.008左右。6. 轴压比：（抗规6.3.6和6.4.5）控制轴压比是保证结构延性的重要措施，防止结构出现脆性破坏。常规的按照规范来控制应该不难，但也有

14、经常控制下来但出现短柱的，如设了设备转换层（与结构转换合用时）时应尽量采用吊顶或加高设备层处理，以利于刚度的渐变。实在难以避免的，应避免同一楼层出现少数短柱，因为这少数短柱的抗侧刚度远大于一般柱的抗侧刚度在水平地震作用或风荷载作用下吸收较大水平剪力，尤其在框架（纯框架结构中的少数短柱，一旦地震超设防烈度的情况下，可能使少数短柱遭受严重破坏，造成楼层柱各个击破，这对结构安全将是极大危险。7. 受剪承载力之比（高规3.5.3）层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考抗震规范和高规的有关规定（A:不宜小于80%,不应小于65%,B:不应小于75%）。但实际此项参数很难准确把握

15、，实际往往超配，且量难以确定。在高层结构设计中要遵循结构设计的基本准则：使结构具有足够的承载能力安全储备和充分的刚度，以保证建筑结构在施工期间和使用期内的安全。以上七个比值在结构计算中是相辅相成的，结构体系的完善就是使之不断的优化并满足规范要求。8. 底层框架承受的倾覆力矩（高规8.1.3）当结构体系中存在部分框架结构时，就必须按高规8.1.3判断本工程结构体系是属于框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构三种结构体系中的哪一种。当框架部分承受的地震倾覆力矩不大于结构总倾覆力矩的10%时，按剪力墙结构进行设计，其中的框架部分应按框架-剪力墙结构的框架进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩占结构总倾覆力矩的10%50%时，按框架-剪力墙结构进行设计；当框架部分承受的地震倾覆力矩占结构总倾覆力矩的50%80%时,按框架-剪力墙结构进行设计，其最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用；当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的80%时，按框架-剪力墙结构进行设计，但最大适用高度宜按框架结构采用，框架部分的抗震等级和轴压比限值应按框架结构的规定采用；此参数可在SATWE结果文本文件的框架柱倾覆力矩及0.2V0调整系数WV02Q.OUT文件中查看。