PKPM參數(shù)分析.doc

抗震參數(shù)詳解 在結構平面基本確定后，構件尺寸以及混凝土強度等級初估之后，采用軟件計算。在計算過程中通過不斷調整及控制以下八個重要比值，周期比、位移比、剛度比、剛重比、剪重比、軸壓比、受剪承載力比和框架傾覆力矩比對結構體系進行優(yōu)化：1.周期比：（高規(guī)3.4.5條）周期比反映結構抗扭和抗側剛度的相對關系，主要控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響。周期比計算方法：1)扭轉周期與平動周期的判斷：從計算書中找出所有扭轉系數(shù)大于0.5的平動周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動系數(shù)大于0.5的平動周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊中選出數(shù)值最大的扭轉（平動）周期，查看軟件的“結構整體空間振動簡圖”，看該周期值所對應的振型的空間振動是否為整體振動，如果其僅僅引起局部振動，則不能作為第一扭轉（平動）周期，要從隊列中取出下一個周期進行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動的值即為第一扭轉（平動）周期；3)周期比計算：將第一扭轉周期值除以第一平動周期即可。周期、地震力與振型輸出文件 考慮扭轉耦聯(lián)時的振動周期(秒)、X,Y 方向的平動系數(shù)、扭轉系數(shù)振型號 周 期 轉 角 平動系數(shù) (X+Y) 扭轉系數(shù) 1 1.5934 89.80 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 2 1.3949 179.54 0.71 ( 0.71+0.00 ) 0.29 3 1.1576 0.43 0.29 ( 0.29+0.00 ) 0.71 4 0.4244 89.28 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 5 0.4029 178.97 0.78 ( 0.78+0.00 ) 0.22 6 0.3301 0.40 0.22 ( 0.22+0.00 ) 0.78由以上計算結果分析可知：第三周期為結構扭轉周期，扭轉第一周期與平動第一周期之比為0.726，滿足規(guī)范中扭轉第一周期與平動第一周期之比不應大于0.90的要求；同時，根據(jù)結構基本自振周期的經(jīng)驗公式（荷載規(guī)范附錄E.2.1、E.2.2）計算，來判斷整個結構體系剛度是否適中。因此，在結構分析過程中，結構周期的長短及周期比的大小是判斷整個結構體系剛柔性和整體抗扭剛度的兩個重要因素。若周期的長短偏離經(jīng)驗公式較多，則需分析原因，盡量避免成為模糊結構（比如剪力墻較少的框架結構、筒體偏小的框架核心筒結構、肢長較短的剪力墻結構等），現(xiàn)行的規(guī)范對結構定義還，缺乏較好的連續(xù)性，呈跳躍狀。若周期比不滿足規(guī)范的要求，設計人員需要增加結構周邊構件（墻、梁或連梁）的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。但應以加墻為先，加高連梁會導致剪力墻的延性下降。2.位移比：（高規(guī)3.4.5條）位移比主要控制結構平面的規(guī)則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值1.2，1.5（1.4）是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設置時選擇“對所有樓層強制采用剛性樓板假定”，以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求后，再去掉“對所有樓層強制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進行后續(xù)配筋計算。對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設計人員應正確選用。本結構體系最大位移與層平均位移的比值（Ratio-(X),Ratio-(Y)）和最大層間位移與平均層間位移的比值（Ratio-Dx,Ratio-Dy）計算結果均控制在1.2以內。周期比及位移比均為對結構體系扭轉效應的重要控制參數(shù)。地震對結構產生的振動效應有平動、豎向振動、平動扭轉耦連振動。嚴格的說，結構只要不是雙軸對稱都會有平扭耦連。產生扭轉的原因有外因和內因。外因：地震是一種多維隨機運動，地面運動存在著轉動分量或地面各點的運動存在相差；內因：結構自身的不對稱，結構平面質量中心和剛度中心不重合，存在偏心，導致水平地震下結構的扭轉振動。此外對于高層建筑，即使每層的質心和剛心重合，但各層的質心不在同一豎軸上同樣也會引起整個結構的扭轉振動。所以，最大限度的控制周期比及位移比會使結構更趨于安全。倘若高層建筑底部幾層層間位移較小，小震下達不到規(guī)范規(guī)定的限值的40%，構件承載力達到中震不屈服，則上述位移比可適當放寬，但不應大于1.6.建議我們常規(guī)結構慎用。Floor Tower Jmax Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h JmaxD Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy Max-Dy/h DyR/Dy Ratio_AY5 1 1486 3.26 2.39 1.37 3070. 1212 0.55 0.52 1.06 1/5627. 15.6% 0.564 1 1143 2.77 1.89 1.47 5350. 1143 1.05 0.76 1.38 1/5104. 1.7% 0.643 1 781 1.73 1.14 1.52 4200. 781 0.88 0.58 1.51 1/4789. 19.5% 0.752 1 573 0.86 0.56 1.53 5100. 573 0.85 0.55 1.55 1/6015. 86.2% 0.603.剛度比：（抗規(guī)3.4.2）剛度比主要控制結構體系的豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。高層建筑混凝土結構技術規(guī)程3.5.2條規(guī)定，抗震設計的高層結構其樓層與其相鄰上層的側向剛度比值有如下規(guī)定：框架結構不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8；對框架-剪力墻、板柱-剪力墻結構、剪力墻結構、框架-核心筒結構，樓層與相鄰上層的側向剛度比不宜小于0.9，當本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時，該比值不宜小于1.1，對結構底部嵌固，該比值不宜小于1.5，通過對比噖SATWE后處理文件WMASS.OUT中每層的剛度比值Ratx1，Raty1可以確定結構側向構件變化的均勻性。（SATWE中須根據(jù)手工比值強制設為薄弱層）一般情況下，結構體系沒有突變，剛度比值會滿足要求。但對于帶有轉換層或者薄弱層的結構體系，剛度比應嚴格控制。而設有轉換層的結構必須滿足高層建筑混凝土結構技術規(guī)程附錄E的規(guī)定。另外，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程5.3.7中規(guī)定，在高層結構計算過程中，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。同時建筑抗震設計規(guī)范第6114條規(guī)定了地下室頂板作為上部結構嵌固端的其他相關要求。SATWE通根據(jù)抗震規(guī)范和高規(guī)的要求，軟件提供了三種剛度比的計算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。正確認識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關鍵：1）剪切剛度=G2A2/ G1A1 x H1/ H2（高規(guī)附錄E.0.1建議的方法）主要用于底部大空間為一層的轉換結構及對地下室嵌固條件的判定；2) 剪彎剛度e=1 H2/2 H1 （高規(guī)附錄E.0.2建議的方法）主要用于底部大空間為兩層及兩層以上的轉換結構；3) 地震力與層間位移比Ki=Vi/ui（抗規(guī)3.4.2條文說明）基本用于除以上兩種之外的所有結構。以上的三種層剛度的計算方法的適用范圍為SATWE計算手冊中建議。從定義上理解，層剛度是結構的固有的力學特性，當兩個樓層的構件布置、截面尺寸、材料、層高都相同時，它們的層剛度也應相同。但抗規(guī)條文說明建議的計算方法算的結果是不同的，究其原因：是Vi、ui分別是水平地震作用下某層的層剪力和層位移差，由于ui既包括了剪切變形，又包括了因結構整體彎曲（既剛體轉動）引起的水平位移，導致計算所得的Ki隨著樓層位置變高而逐漸減小。而剪彎剛度算法德計算剛度均假定下端位嵌固，由單位水平力作用于剛度中心計算樓層的水平位移，進而求得該樓層的側向剛度，其物理意義明確，比較真實的反映了結構固有的力學特性。所以建議在計算樓層側向剛度比、判別層剛度是否突變、確定薄弱層位置時采用剪彎剛度來判斷。 4.剛重比：（高規(guī)5.4.1）剛重比主要為控制結構體系的穩(wěn)定性，以免結構產生傾覆。不會傾覆條件：剪彎型（剪力墻、框剪、筒體） 剛重比大于等于1.4（極限）剪切型（框架） 剛重比大于等于10（極限）不考慮重力二階條件：剪彎型（剪力墻、框剪、筒體） 剛重比大于等于2.7剪切型（框架） 剛重比大于等于20 高層結構僅在重力荷載作用下失穩(wěn)的可能性是很小的，當結構在地震作用和水平風荷載作用下產生水平位移時重力荷載將引起結構的P-效應，在剛重比較小時，上圖的Y軸呈陡變，使結構的位移和內力急劇增加，甚至導致結構失穩(wěn)。5.剪重比：（高規(guī)4.3.12）剪重比主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性。樓層最小水平地震剪力主要是反映地震作用不確定性及地面地震運動速度、位移對結構的作用效應，彌補加速度反應譜的不足。對于剛度較弱、周期較長的結構，地震地面運動速度和位移的輸入可能會對結構的破壞具有更大的影響。但是，現(xiàn)行規(guī)范所采用的振型分解反應譜法對此尚不能做出估計。對剪重比的控制，是為了使周期較長、剛度較弱的結構所承受的各樓層地震剪力和實際情況更為接近。如果結構部分樓層實際計算的地震剪力系數(shù)與規(guī)定的值相差不大，則直接按照最小剪力系數(shù)調整相關層的地震剪力；如果實際計算的地震剪力系數(shù)與規(guī)定的值相差較大，表明結構的整體剛度偏小，宜適當增加結構側向剛度。地震剪力的調整可直接反映在相應樓層的地震內力中，不必往下傳遞。對于6度抗震設計的結構，高規(guī)與抗規(guī)沒有專門的規(guī)定，依據(jù)有關經(jīng)驗參考值控制在0.008左右。6.軸壓比：（抗規(guī)6.3.6和6.4.5）控制軸壓比是保證結構延性的重要措施，防止結構出現(xiàn)脆性破壞。常規(guī)的按照規(guī)范來控制應該不難，但也有經(jīng)?？刂葡聛淼霈F(xiàn)短柱的，如設了設備轉換層（與結構轉換合用時）時應盡量采用吊頂或加高設備層處理，以利于剛度的漸變。實在難以避免的，應避免同一樓層出現(xiàn)少數(shù)短柱，因為這少數(shù)短柱的抗側剛度遠大于一般柱的抗側剛度在水平地震作用或風荷載作用下吸收較大水平剪力，尤其在框架(純框架結構中的少數(shù)短柱，一旦地震超設防烈度的情況下，可能使少數(shù)短柱遭受嚴重破壞，造成樓層柱各個擊破，這對結構安全將是極大危險。7.受剪承載力之比（高規(guī)3.5.3）層間受剪承載力之比也是控制結構豎向不規(guī)則的重要指標。其限值可參考抗震規(guī)范和高規(guī)的有關規(guī)定（A：不宜小于80%，不應小于65%，B：不應小于75%）。但實際此項參數(shù)很難準確把握，實際往往超配，且量難以確定。在高層結構設計中要遵循結構設計的基本準則：使結構具有足夠的承載能力安全儲備和充分的剛度，以保證建筑結構在施工期間和使用期內的安全。以上七個比值在結構計算中是相輔相成的，結構體系的完善就是使之不斷的優(yōu)化并滿足規(guī)范要求。8. 底層框架承受的傾覆力矩（高規(guī)8.1.3）當結構體系中存在部分框架結構時，就必須按高規(guī)8.1.3判斷本工程結構體系是屬于框架結構、框架剪力墻結構、剪力墻結構三種結構體系中的哪一種。當框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結構總傾覆力矩的10%時，按剪力墻結構進行設計，其中的框架部分應按框架-剪力墻結構的框架進行設計；當框架部分承受的地震傾覆力矩占結構總傾覆力矩的10%5