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1、PKPM系列软件在结构设计中的应用与探讨,赵 兵中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所,第一章 PKPM软件建模常见问题,第一节 利用变形图判断模型的正确性一、如何看变形图1、地震和风荷载等引起的水平向变形图应X、Y两个方向都看；2、如果采用模拟施工计算，则竖向荷载变形图只看活载的，若采用一次性加载计算，则恒、活载产生的变形图看哪一个都可以；3、变形图不仅要看整体变形是否合理，还要每一层都看，尤其是复杂工程，因为有些局部变形错误整体看有时很难看清楚。4、务必认真检查主力构件的单工况内力是否合理。,变形图错误一 图1,上图中，柱1竖向变形明显高于其它框架柱，说明此柱有悬空的可能，经查，在PMCAD
2、建模中将柱1下层的框架柱丢失了。,图2,变形图错误二某框支剪力墙结构，框支梁1上托不在同一条直线上的两道剪力墙，该框支梁1在恒载作用下的变形图下图所示,图3,图4,上图红色线框显示，框支梁1上剪力墙出现一个端点悬空，此梁在PMCAD中的建模情况如下图所示,图5,图6,经过修改后的模型，其恒载作用下的变形图如下图所示：图7,变形图错误三 图8 顶层此柱悬空,变形图错误四某些构件内力计算结果异常，往往是由于建模错误引起的，因此当发现内力计算结果奇异时宜首先通过变形图判断其建模的正确性。比如某工程，梁在端部没有负弯矩（如图所示）：,图9 梁设计弯矩包络图,图10 恒载作用下梁的竖向变形图,图11 P
3、MCAD建模中缺少刚性梁,变形图错误五合理的模型简化在工程设计中占有重要的地位，有些设计人员在建模时刻意追求符合工程实际，而忽略了程序在应用中所存在的局限性，从而造成了计算结果的错误。例如某体育馆工程，局部建模三维轴侧图如下：,图12 梁1、梁2、梁3节点连接三维轴侧图,图13 第二标准层梁2三维轴侧图,图14 第一标准层梁1、梁3三维轴侧图,图15 SATWE软件中梁1、梁2、梁3的三维轴侧图,二、利用振动图判断模型的正确性,通过振动图查看模型的正确性，是非常重要的，尤其是高位振型。当结构存在大量局部振动时，有些局部振动很有可能是由于建模错误产生的，因此要求每一阶振型都看。,工程实例一某工程
4、，振型数为30，第30振型作用下的第12层的振动图如下：图16,上图显示圆弧梁变形异常，经查，在PMCAD中由于楼板丢失导致，如下图所示：图17,以梁1为例，丢失板后的配筋计算结果如下：补上楼板后，正确的计算结果如下：,第二节 楼层底标高的正确输入,对于08版软件，一定要充分重视楼层底标高在结构设计中的作用，因为一旦层底标高不对，后面的计算结果也不可能正确。现对此参数产生的常见问题分别介绍如下：,一、楼层底标高对上部结构计算的影响,1、楼层底标高错误引起结构构件关系混乱 工程实例一某剪力墙结构，共23层，结构平面布局基本对称，结构三维轴侧图，第7和第8标准层平面图如图1、图2和图3所示：,图1
5、 结构三维轴侧图,图2 第7标准层结构平面图,图3 第8标准层结构平面图,在采用SATWE软件计算后，其位移比计算结果如下：,图4 空间变形图原始构形,图5“楼层组装”对话框,图6 修改后的楼层底标高对话框,楼层底标高修改正确后的计算结果如下：,以上计算结果显示，楼层底标高正确后，计算结果也趋于正常。因此建议设计人员，对于每层的楼层底标高，尽量人工复核一遍后再接后续软件进行设计。,二、楼层底标高对基础设计的影响,08版JCCAD软件取消了05版的“一层上部结构荷载作用点标高”选项，代之以PMCAD软件中的“首层层底标高”，因此使用08版软件的设计人员必须正确输入“首层层底标高”参数，否则JCC
6、AD软件无法正确读取上部结构荷载作用点位置，尤其是剪力值，从而产生错误的计算结果。,工程实例三已某框架结构为例，分别将首层输入为0和-2.5m，采用独立柱基，基础底标高为-4m，首层结构平面图如图7所示：,图7 首层结构平面图,图7所示柱1的计算结果如下：柱1首层层底标高为0时的计算结果Load Mx(kN-m)My(kN-m)N(kN)548 75.15 36.60 3532.56 柱1首层层底标高为-2.5m时的计算结果Load Mx(kN-m)My(kN-m)N(kN)548 48.99 20.79 3533.87,通过比较可知，不同的首层层底标高计算出来的内力值并不一样，其原因在于在基
7、础设计中，剪力值要乘以基础高度后转化为弯矩，以柱1为例，当首层层底标高为0时，由剪力值V引起的基底弯矩M=4V；当首层层底标高为-2.5m时，由剪力值V引起的基底弯矩M=（4-2.5）V=1.5V，所以首层层底标高为0时的弯矩值大于首层层底标高为-2.5m时的弯矩值。,第二章 如何采用08版软件的广义层建立错层结构模型,过去05版软件建立错层结构模型时，在错层处必须将结构切开，按照镜面投影法建模，这种建模方法的缺点是结构的标准层会增加很多，同时竖向构件也会被切成数段，各种与层有关的指标如层间位移角等都需要设计人员补充计算。为了解决这个问题，08版PKPM系列软件引用了广义层概念，虽然可以较好地
8、解决上述建模问题，但也存在着如何与后续计算软件相结合，合理搭建模型的问题。以下本文拟结合具体的工程实例，对此问题做一些探讨。,一、广义层的概念所谓广义层，就是通过在构件输入和楼层组装时为每一个构件或楼层增加一个“柱（墙）底标高”或“层底标高”参数来完成的，这个标高是一个绝对值，对于一个工程来说所有的构件或楼层的底标高只能有一个惟一的参照（比如0）。有了这个底标高后，此工程中每个构件或楼层在空间上的位置已经完全确定，程序将不再需要依赖楼层组装的顺序去判断构件或楼层的高低，而改为通过楼层的绝对位置进行模型的整体组装。,二、广义层应用时产生的主要问题1、层信息混乱2、层刚度比、楼层受剪承载力、倾覆力
9、矩的计算异常3、风荷载计算结果偏小,第三章 刚性梁的处理,一、刚性梁截面的大小1、SATWE旧 10002000mm2、SATWE 20002000mm3、PMSAP 自动取为刚域4、相关问题对于PM-SATWE软件，当梁柱截面面积比较大时，其刚性梁的刚度会明显不足，其后果是某些情况下转换梁梁端没有负弯矩。如图2、3所示,二、刚性梁的识别,1、原则上讲，对于梁内和柱内的梁，PM-SATWE和SPAS-SATWE均能自动识别为刚性梁，但建议设计人员在PMCAD中人为布置刚性梁。需要布置刚性梁的地方如图所示,图4 单梁托双墙,图5 局部错开的梁,图6 柱内托转角墙的梁,2、PMSAP由于对偏心转换
10、构件可以自动增加刚域，因此刚性梁布不布都可以。如图所示 图7,图8,三、单梁托双墙的建模,1、转换梁的布置,图9,图10,2、对于框支梁上局部布置剪力墙的结构，SATWE程序将剪力墙的荷载传递到剪力墙两端的节点上，中间没有均布荷载，因此当剪力墙比较长时，建议设计人员相应增加刚性梁。3、框支柱尽量与转换梁布置在同一条轴线上，这样可以避免由于刚性梁悬挑而引起的计算误差。,第四章 斜墙模型的建立与计算,一、模型的建立,对于上图所示的斜剪力墙，其建模过程如下：1、剪力墙周边构件布置成框架梁或虚梁，墙体按照楼板布置，并通过降节点高形成斜板2、斜板厚度与斜剪力墙相同，即用斜板模拟斜剪力墙,图2,二、结构计
11、算1、软件选择PMSAP软件PMSAP软件对斜剪力墙的处理（1）在PMSAP软件中，如果不定义弹性楼板，程序自动将斜板定义为弹性膜，对于此工程，由于此斜板兼作斜剪力墙的功能，因此需要定义为弹性板6。（2）PMSAP对斜剪力墙进行有限元划分，正确计算其刚度对结构的影响。,图3,（3）对于斜梁和斜板，程序自动按照纯弯、压弯和拉弯进行截面设计，并按照最不利情况作为最终配筋面积 图4,第五章 结构位移比的调整,第一节 结构位移比的调整方法一、前言 由于结构位移比的大小是控制结构扭转效应的重要指标，因此无论是建筑抗震设计规范（GB50011-2001）【1】（以下简称抗震规范），还是高层建筑混凝土结构技
12、术规程（JGJ3-2002）【2】（以下简称高规），对位移比的控制都有明确的规定。,二、工程实例,某高层框筒结构，地下5层，地上37层，其中地上18层存在较大面积的裙房。出地面建筑总高度为162m，结构抗震基本设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，场地土类别为二类，设计时考虑偶然偏心和双向地震作用。结构的三维轴侧图、首层平面图和第9层平面图分别如图1所示。其中首层柱1、柱2、柱3的截面尺寸为700700mm，轴线1的其它柱子的截面尺寸为10001000mm，柱4、柱5、柱6的截面尺寸为15001500mm，梁1、梁2的截面尺寸为500750mm。,图1-1 结构三维轴侧图,图1-2
13、首层结构平面图,图1-3 第9层结构平面图,三、计算结果分析 在进行方案调整前，首先要做好分析工作，切忌“跟着感觉走”。因为盲目调整经常是不仅得不到合理的计算结果，反而越调越乱，离规范的限值越来越远，浪费了大量的时间和精力。笔者以为，仅仅是为了一层的位移比不满足要求而花费大量的时间，实在是不值得。因此，科学、合理的分析过程是提高工作效率的首要条件。针对本工程，具体的分析过程如下：,1、明确力的作用方向，判断计算结果的合理性2、结合规范，量化最大和最小位移比的控制范围，做到心中有数3、明确调整方向，确定调整方案,三、方案调整1“抓大放小”,四、方案调整2局部加剪力墙五、方案调整3增加框架部分侧向
14、刚度,第二节“抓大放小法”在位移比调整中的应用,一、工程实例 某工程为框剪结构，共27层，含1层地下室，3层裙房，结构总高度为97m，地震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，场地土类别为三类，设计时考虑偶然偏心和双向地震的影响。结构三维轴侧图、首层结构平面图分别如图1、图2所示。,图1 结构三维轴侧图,图2 首层结构平面图,二、计算结果分析在进行位移比计算时，采用刚性板假定，部分位移比和层间位移角计算结果如下：,图3 X向地震作用下15层变形图,图4a 首层MP轴结构平面布置图,图4b 首层AC轴结构平面布置图,第六章 层间位移角的调整,第一节 扭转效应对结构层间位移角的影响 在结构工程
15、设计中，层间位移角的控制是一项非常重要的指标，当层间位移角不满足要求时，设计人员采用的方法通常是加大构件截面尺寸以提高结构整体刚度。但在具体的操作中会发现，增加结构刚度后，层间位移角变化并不明显，有时甚至会减小。是什么原因产生这种现象？是软件算错了吗？我们应该如何正确地调整结构的层间位移角？则是广大设计人员非常关心的问题。为此，笔者拟结合具体的工程实例，与大家共同探讨一下产生这种现象的原因以及调整方法。,一、工程实例,某工程为框架剪力墙结构，地下室2层，地上14层，结构总高度为42.95m，抗震设防烈度为8度，地震基本加速度为0.2g，场地土类别为三类，结构三维轴侧图、标准层平面图如图1、图2
16、所示：,图1 结构三维轴侧图,图2 结构标准层平面图,二、计算结果分析,本工程在初步设计时，墙1和墙3的墙厚取400mm，墙2和墙4的墙厚取300mm，以Y向为例，在地震力作用下其层间位移角的计算结果如下：,表1 原方案前三个振型在X,Y 方向的平动系数、扭转系数表1可知，本工程第二振型平动系数为0.83，其中Y向为0.78，说明该振型为以Y向为主的混合振型，其第二振型所对应的振型图如图3所示：,图3 结构第二振型所对应的振型图,表2 方案调整后结构前三个振型在X,Y 方向的平动系数、扭转系数其Y向最大层间位移角计算结果如下：,三、小结,综上所述，在最大层间位移角参数的方案调整中，如果单纯考虑
17、水平力产生的变形而忽略扭转效应的影响，则不仅收效甚微，而且甚至还有可能适得其反。只有综合考虑二者之间的相互影响，才能取得比较好的计算结果。,第二节 某框架结构层间位移角的调整,一、前言框架结构由于其结构形式偏柔，因此最大层间位移角往往不太容易满足规范要求，尤其在高烈度地区。当不满足要求时如何对其调整则是广大设计人员比较关心的问题。在此，笔者拟结合具体工程实例和SATWE软件，与大家共同探讨一下层间位移角的调整过程。,二、工程实例某四层框架结构，结构总高度为16.5m。地震设防烈度为8度，基本加速度为0.2g，场地土类别为三类。结构三维轴侧图和第4层结构平面图如图1、图2所示。,图1 结构三维轴
18、侧图,图2 第4层结构平面图,本工程各层虽然布局并不相同，但基本对称，采用SATWE软件进行计算，其X、Y向最大层间位移角计算结果如下：,计算结果显示，X、Y向最大层间位移角均不满足要求。,三、计算结果分析本工程计算结果分析步骤如下：1、合理选取计算参数,2、查看变形图，确定调整方案SATWE软件显示的Y向地震作用下的变形图如图3所示：图3 Y向地震作用下的变形图,计算结果显示，虽然Y向最大层间位移角有所减少，但相应的Y向最大层间位移比却由1.04增大至1.22，此时结构Y向地震作用下的变形图如图4所示：,图4 两侧对称增加柱截面后的Y向地震作用下的变形图,（1）将第11轴所对应的框架柱仍采用
19、原来的截面尺寸300500mm，其它轴线框架柱调整方案不变，其计算结果如下：,（2）框架柱仍采用对称增加柱截面尺寸的方式不变，将结构两侧的1轴、2轴、3轴和12轴、13轴的框架梁截面尺寸由300600mm增加至300700mm，11轴的框架梁仍维持300600mm不变，其计算结果如下：,由此可见，增加梁的刚度后，Y向最大层间位移角进一步减小到1/618，最大层间位移比为1.151.2，满足规范要求。,Y向最大层间位移角满足要求后，X向最大层间位移角计算结果如下：,X向地震作用下结构变形图如图5显示：图5 X向地震作用下结构变形图,图5表明，X向地震作用下的变形比较均匀，因此可以采用沿X向均匀增
20、加梁截面的方式进行处理，将A轴D轴框架梁截面由300500mm增加至300700mm 后，本工程X、y向最大层间位移角最终计算结果如下：,四、小结综上所述，在最大层间位移角的调整过程中，只有通过查看变形图和位移比，并综合考虑结构扭转效应对层间位移角的影响，才能避免调整过程中的盲目性，达到事半功倍的效果。,第七章 周期过长的调整,一、前言 在结构设计中，周期的控制是一个比较重要的环节，周期过长往往说明结构刚度偏小，当进行抗震计算时，长周期结构计算的地震力偏小，甚至很难满足规范规定的最小剪重比的要求，因此周期的控制一直是判断一个结构方案合理性的重要指标。以下本章拟结合具体工程实例，与广大设计人员共
21、同探讨一下周期的调整。,二、工程实例,某工程为框剪结构，带一层地下室，主体结构地上14层，因本工程在建筑设计时采用的是帆船造型，因此出于造型需要，建筑师在主体建筑顶端设置了高为24.2m的桅杆，从而使结构总高度达到72.8m。为加强桅杆刚度，设计人员对桅杆的主要竖向构件采用钢筋砼结构，并在PMCAD软件中组装了20层，此工程三维轴侧图如图1所示：,图1 结构三维轴侧图,本工程采用PMSAP软件进行设计，其计算的前六阶振型的周期值如下：周期 1 及振型方向角:2.537-27.6 X 周期 2 及振型方向角:2.100 57.7 Y 周期 3 及振型方向角:1.559-15.9 X 周期 4 及
22、振型方向角:1.173 61.7 Y 周期 5 及振型方向角:0.970 97.9 TORSION周期 6 及振型方向角:0.790-22.4 TORSION,图2 结构第一振型图,PMSAP软件输出的“各地震方向参与振型的有效质量系数”和“各振型产生的基底剪力”如下：,各地震方向参与振型的有效质量系数（ITEM 041）,各振型产生的基底剪力（ITEM 016）,1、增加桅杆刚度 图3 增加支撑后的桅杆三维轴侧图,增加支撑后，结构周期计算结果如下：周期 1 及振型方向角:2.158 86.5 Y 周期 2 及振型方向角:1.946-3.1 X 周期 3 及振型方向角:1.190 80.9 Y
23、 周期 4 及振型方向角:0.983 51.8 Y 周期 5 及振型方向角:0.948-23.4 X 周期 6 及振型方向角:0.675 0.5 TORSION 结构的振动图显示如图4所示：,图4 增加支撑后，结构的第一振型图,2、降低桅杆质量 图5 第1517标准层平面图,250600砼梁,图6 增加水平钢支撑后的结构平面图,水平钢支撑,经过方案调整后，经PMSAP软件计算，本工程结构自振周期计算结果如下：周期 1 及振型方向角:1.690-1.0 X 周期 2 及振型方向角:1.530 88.6 Y 周期 3 及振型方向角:1.045 89.4 TORSION周期 4 及振型方向角:0.8
24、01 84.8 Y 周期 5 及振型方向角:0.632-2.3 X 周期 6 及振型方向角:0.469-6.8 TORSION,第八章 08版SATWE软件中新增功能的正确应用以及常见问题的处理,一、08版SATWE软件对“活荷载折减系数”所做的改进,活荷载折减的规范规定根据建筑结构荷载规范（GB50009-2002）（以下简称荷载规范）4.1.2条的规定，民用建筑的楼面梁和柱、墙、基础设计时应根据建筑类别的不同和工程规模不同，对活荷载进行相应的折减。,二、08版程序如何考虑多塔结构的0.2Q0调整?,目的,提高框架的抵抗能力（新高规8.1.4条）,V0，1.5Vmax,V框min(V0，1.
25、5Vmax),合理,V框,过高,V框,VT0，1.5VTmax,V框min(VT0，1.5VTmax)08版自动实现,(续),调整系数默认上限为2，取消限制，起始层号前加负号,允许用户自定义,5层1塔x、y向调整系数分别为3.5，1.5,自动计算的前提：正确定义多塔或按广义层建模,默认不做任何调整，【调整信息】项中指定,(续),普通层模型,广义层模型,自行指定每段层号,0.25Q0针对钢框架-支撑结构,其它相同,三、为什么柱按双偏压计算后，进行双偏压验算却显示不过？1、工程实例 某框架结构，采用双偏压计算时，框架柱1计算结果如图1所示：图1 某框架柱双偏压配筋计算结果,计算结果文本文件显示如下
26、：图形和文本文件均显示，此柱采用双偏压计算时满足要求。现对此柱采用双偏压验算，其验算结果如图2所示：,图2某框架柱双偏压配筋验算结果 图2实配钢筋以粉红色显示，表明此框架柱没有通过双偏压验算。,2、计算结果分析此框架柱计算配筋面积为Asx=1277mm2，Asy=1585mm2，角筋面积为Asc=425.7mm2，在双偏压验算中程序选取的钢筋为：角筋1c25（“c”表示级钢），Asc1=490.9 mm2Asc，x向配筋2c25+1c20=490.92+314.2=1296mm2Asx，y向配筋2c25+3c16=490.92+201.13=1585.1 mm2Asy，均满足要求，那为什么程序
27、会显示红色呢？其原因在于x侧和Y侧角筋是共用的，角筋和单侧配筋满足要求，并不等于全截面配筋满足要求。,四、SATWE程序对于“剪力墙竖向分布筋的配筋率”缺省为0.3%，而规范为0.25%，是不是在任何情况下提高竖向分布筋的配筋率都能提高墙体的抗弯承载力？根据剪力墙抗弯承载力的计算公式：M分布+M端部M设计 一个方程两个未知数，只有指定其中的一个未知数，才能计算出另一个未知数。在设计中一般都是通过指定剪力墙分布筋的最小配筋率，反算出剪力墙分布筋所在区域的抗弯设计承载力，从而再计算出剪力墙端部的配筋面积。,五、08版SATWE软件中“土层水平抗力系数的比例系数（M值）”如何填写？,为了更真实地反映
28、回填土对地下室的约束作用，08版SATWE程序将原来05版程序的“回填土对地下室的相对刚度比”改成了“土层水平抗力系数的比例系数（M值）”具体输入数值请查阅建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）表5.7.5。,图1“土层水平抗力系数的比例系数（M值）”,表5.7.5 地基土水平抗力系数的比例系数m值,注：1 当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高（0.65%）时，m值应适当降低；当预制桩的水平向位移小于10mm时，m值可适当提高；2 当水平荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.4降低采用；3 当地基为液化土层时，应将表列数值乘以本规范表5.3.12中相应的系数l。需要指出的
29、是，设计人员在查表5.7.5时请查灌注桩的m值。,第九章 08版特殊荷载在输入中应注意的问题,第一节 吊车荷载的输入一、吊车荷载在输入中应注意的问题1、在要布置的吊车荷载处添加一新的标准层，并布置梁，否则程序在计算吊车荷载组合时会出错（见工程实例）。2、SATWE程序在计算带吊车的砼柱的计算长度系数时，是按照框架柱进行计算的。没有执行混凝土规范第7.3.11-1条规定的排架柱的计算长度系数，需要设计人员根据工程实际情况人为调整。但TAT软件则可以自动按排架柱计算柱的计算长度系数。,二、05和08版软件对吊车荷载输入的区别1、05版软件输入吊车荷载的特点2、0版软件输入吊车荷载的特点三、抽柱排架
30、结构的计算四、基础设计接力吊车荷载,第二节 风荷载在设计中应注意的问题一、迎风面的计算 目前的PKPM系列软件在计算风荷载的迎风面时，采用的是简化算法，即按照建筑物最外边的轮廓线所围成的面积在X、Y方向的投影作为迎风面的面积，背风面的面积取值与迎风面的面积相同。,二、体型系数的计算 图1 风荷载作用简图,图2 某工程结构平面图,148,三、特殊风荷载,特殊风荷载在输入中应注意的问题。,第三节08版人防地下室结构的设计,一、人防荷载在输入时应注意的问题1、在采用SATWE软件进行人防工程设计前，对于需要计算人防设计的房间楼板，其上必须布置有活荷载的均布面荷载值，不能为0。,2、人防荷载组合与效应
31、3、人防荷载的输入位置,二、材料强度的调整,材料强度综合调整系数材料动力系数的调整（用于JCCAD软件中“公式法”计算人防等效动荷载）混凝土强度的修正：钢筋砼构件纵向钢筋的最小配筋率：,三、局部人防地下室的计算,程序在进行构件设计时，当该构件为人防荷载组合控制，则自动按人防规范的相关规定进行设计；为非人防荷载控制，则自动按照相应荷载组合进行构件的设计，材料强度综合调整系数也同时不考虑了。,四、人防地下室外墙和临空墙SATWE软件是如何计算的？SATWE给出的配筋数值是否为最外侧最大配筋？其内侧钢筋是否为构造配置？,1、目前SATWE程序只能考虑人防规范表4.8.8中“顶板荷载考虑上部建筑影响的
32、室内出入口”这一种临空墙荷载，而表中其它情况下的临空墙荷载暂没考虑。2、目前的SATWE软件无法对这三种人防构件进行设计，但设计人员可以在JCCAD软件中的“工具箱”里进行构件设计。,3、地下室外墙的平面外验算、配筋，其计算过程如下：（1）、程序首先按单向板计算墙板上中下的弯矩，计算时分两种情况:（a）单向板上下端均嵌固在地下室顶、底板处；（b）上端简支于地下室顶板，下端嵌固于地下室底板;（c）计算结果取上述的平均值进行设计；,（2）、在配筋计算时分别按两种方式进行计算：（a）按纯弯板设计;（b）按压弯构件设计；（c）配筋计算时两者取大；（3）、按人防要求，验算延性比。由此可见，地下室外墙既承
33、受土侧压力，又承受上部结构传来的荷载。通过以上分析可知：M固（两端固定）M固（一固一铰）M中（一固一铰）M中 所以配筋面积应该配在地下室外墙的外侧。SATWE软件输出的配筋面积是按照单向板计算的每延米的配筋面积。,五、如何采用PMSAP软件按照整体有限元的方法计算人防地下室顶板和外墙的内力和配筋？,上述方法是人防地下室结构外墙的一种简化算法，由于采用的是单向板，因此无法考虑剪力墙平面外翼墙或者扶壁柱等对其的有利作用。如若想整体考虑各种构件对地下室顶部和外墙的影响，设计人员可以采用PMSAP软件进行设计。,首先在此处定义人防参数及水土压力信息,如何应用PMSAP进行人防外墙和顶板的整体有限元分析
34、,如需设计人防顶板，则要在PMSAP的补充建模菜单中交互定义人防板为弹性板6,如何应用PMSAP进行人防外墙和顶板的整体有限元分析,做墙的面外计算时（包括人防、水土压力），应选细分模型；墙侧节点按照出口处理；细分尺寸不宜太大，建议取为1M,如何应用PMSAP进行人防外墙和顶板的整体有限元分析,用PMSAP进行人防外墙和顶板的整体 有限元分析和配筋设计总结：按照实际情况定义人防顶板为弹性板6定义人防等级、层数、荷载等信息以及水土压力信息定义墙模型为细分模型，并选墙侧节点做出口，同时指定楼板与墙的细分尺寸（建议取为1M）做完了前面三步，PMSAP即可对人防顶板和地下室外墙进行全自动的网格剖分，做准
35、确的有限元分析。5.依据人防规范对人防层的梁、板、柱、墙给出配筋设计,PMSAP整体有限元法给出的人防墙在侧向人防荷载作用下的变形图,PMSAP整体有限元法给出的人防墙在侧向人防荷载作用下的变形图：局部,在这个菜单查看人防墙的面外配筋,人防外墙的配筋简图,人防外墙的配筋简图：局部,H4.1:Sw范围内的水平钢筋双侧总面积4.1cm2V12:Sw范围内的竖向钢筋双侧总面积12.0cm2,在文本文件ADD_WREI.OUT中查看人防墙详细的设计信息：面外竖向筋设计(墙的顶底截面设计)B,H=6000.300.NC,NGH=45 1 IEW=3 DS=32.5 WGUJM=200.AS=406.M,
36、N=34.3 1889.1 ICOM=1 IERR=0 IGZ=1 面外水平筋设计(墙的左右截面设计)B,H=1200.300.NC,NGH=45 1 IEW=3 DS=32.5 WGUJM=200.AS=404.M,N=2.2 61.5 ICOM=1 IERR=0 IGZ=1,在这个菜单查看人防顶板的配筋结果,PMSAP给出人防顶板有限元网格自动剖分图,PMSAP给出的人防顶板有限元网格自动剖分图：局部,PMSAP给出的人防顶板挠度等值线图,PMSAP给出的人防顶板弯矩Mx等值线图,PMSAP给出的人防顶板弯矩My等值线图,PMSAP给出的人防顶板“板顶”配筋,PMSAP给出的人防顶板“板底
37、”配筋,顶板配筋图局部（形心，边界，cm2/m）,配筋面积（cm2/m）,配筋走向(度),可以在文本文件POLY_REI.*中查看各层人防板和一般楼板的详细设计内力和配筋情况,在这个菜单查看人防梁、柱的配筋和人防墙的面内配筋,人防梁、柱配筋及墙的面内配筋在配筋简图中查看,第一节 梁柱节点核芯区超限的调整 一、前言 梁柱节点核芯区的计算，是抗震设计的一项重要内容，当采用SATWE软件进行此项的验算时，经常会出现计算结果不满足要求，如何进行调整则是很多设计人员非常关心的问题。在此，本节拟结合规范和具体的工程实例，详细阐述SATWE软件是如何进行节点核心区验算的以及调整过程。,第十章 关于钢筋混凝土
38、构件的计算,二、规范要求,D.1.2 核芯区截面有效验算宽度，应按下列规定采用：1 核芯区截面有效验算宽度，当验算方向的梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2时，可采用该侧柱截面宽度，当小于柱截面宽度的1/2时，可采用下列二者的较小值：bj=bb+0.5 hc(D.1.2-1)bj=bc(D.1.2-2)式中bj节点核芯区的截面有效验算宽度；bb 梁截面宽度；hc验算方向的柱截面高度；bc验算方向的柱截面宽度。,2 当梁柱的中线不重合且偏心距不大于柱宽的1/4时，核芯区的截面有效验算宽度可采用上款和下式计算结果的较小值。bj=0.5(bb+bc)+0.25 hc-e(D.1.2-3)式中e梁与
39、柱中线偏心距。此项规定目前程序并没有执行,D.1.3 节点核芯区组合的剪力设计值，应符合下列要求：Vj(0.30 j fc bj hj)/RE(D.1.3)式中j正交梁的约束影响系数，楼板为现浇，梁柱中线重合，四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于框架梁高度的3/4时，可采用1.5，9度时宜采用1.25，其他情况均采用1.0；hj节点核芯区的截面高度，可采用验算方向的柱截面高度；RE 承载力抗震调整系数，可采用0.85。,三、工程实例,某7层框架结构，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，场地土类别为二类，设计时同时考虑偶然偏心和双向地震作用，结构三维轴侧
40、图和第二层结构平面图如图1和图2所示。初步设计时，柱截面尺寸为400500mm，梁1梁4均与柱1中线重合，其中梁1和梁2截面尺寸为250500mm，梁3和梁4截面尺寸为300650mm。,图1 结构三维轴侧图,图2 第二层结构平面图,本工程采用SATWE软件计算，柱1的节点核芯区计算结果如下：*节点域抗剪超限 N-C=6(30)Vjy=2269.FFC=0.53*fc*H*B=1514.Vjy/FFC=1.50其中，括号内数字表示地震荷载组合工况号。计算结果显示，柱1节点核芯区Y向抗剪超限，此时若以M1表示梁1上端的端弯矩，M2表示梁2下端的端弯矩，则M1=-421Kn.m、M2=-471Kn
41、.m。,四、计算结果分析与调整,现对柱1的计算结果及调整方法分析如下：1、降低“中梁刚度放大系数”*节点域抗剪超限 N-C=6(30)Vjy=2011.FFC=0.53*fc*H*B=1514.Vjy/FFC=1.33M1=-402Kn、M2=-438Kn。由此可见，通过降低梁刚度放大系数从而降低梁端弯矩，可以起到一定的作用。,2、修改柱高或柱宽,以本工程为例，将原柱截面尺寸由400500mm分别改为400600mm和500500mm，其计算结果如下:（1）将柱截面尺寸由400500mm调整为400600mm*节点域抗剪超限 N-C=6(30)Vjy=2192.FFC=0.35*fc*H*B=
42、1211.Vjy/FFC=1.81（2）将柱截面尺寸由400500mm调整为500500mm*节点域抗剪超限 N-C=6(30)Vjy=2080.FFC=0.53*fc*H*B=1893.Vjy/FFC=1.10,上述分析可知，本工程增加柱宽对提高节点域的抗剪能力最有效，为此将柱宽进一步增加至600mm，柱高不变，其计算结果如下：Vjy=2151 FFC=0.53*fc*H*B=2272满足规范要求。,第二节 某框架柱超筋的调整,一、前言框架柱超筋是结构设计中的一种常见问题，直接增大柱截面是一种经常使用的手段，其优点是简单、直接。其实，在工程设计中直接影响柱承载力不足的因素有很多，有些是由于结
43、构方案有缺陷引起的，直接增大承载力不足的柱截面当然可以，但是如能够从结构方案入手，比如通过改善扭转效应等因素，也能够使柱承载力满足要求，而这种方法往往不需要直接调整承载力不足的柱截面，在此笔者拟结合具体的工程实例，与广大设计人员共同探讨这种方法在实际工程中的应用。,二、工程实例 某工程为一层框架结构，抗震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.2g，结构总高度为6.5m，初步设计时柱截面尺寸为500500mm，结构平面图如图1所示：,图1 结构平面图,三、计算结果分析本工程采用PMSAP软件设计，计算结果显示，柱1、柱2、柱4柱8均显示超筋。现以柱2为例，其计算结果文本文件显示如下：,上述计算结果
44、说明，柱2超筋是由于地震力作用组合引起的，其它框架柱也可以得到类似的结论。为进一步分析原因，现将地震作用下的楼层层间位移比计算结果显示如下：,图2 X向地震作用下的空间变形图,以上计算结果表明，柱2不再超筋（Ierr均为0，其它超筋的框架柱也类似），且最大层间位移比由1.20降为1.16。说明增大四根角柱截面后，结构的扭转效应得到了明显的改善，而这一改善也必然会降低框架柱的内力，从而使结构整体的计算结果趋于合理。,第三节 某框架梁超筋的调整,在工程设计中，框架梁超筋是一种非常普遍的现象。广大设计人员在解决此问题时都积累了相当丰富的经验。在此，本节拟结合SATWE软件，就如何科学、合理、快速、有
45、效地解决这个问题，谈一些自己的体会。,一、查看配筋文本文件，了解框架梁超筋的原因,例如某复杂工程，共两层，抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1g，计算时采用一次性加载。第二层局部楼面平面布置图如图1所示，框架梁1和框架梁2的截面尺寸为3501100mm，跨度为12400mm，纵横向连续梁1的截面尺寸为250700mm，恒载和活载平面图如图2、图3所示：,图1 某工程局部楼面布置图,图2 某工程局部楼面恒载平面图,图3 某工程局部楼面活载平面图,采用SATWE软件计算，此部分楼面框架梁的配筋简图如图4所示：图4 SATWE软件计算的配筋结果图形文件,二、通过变形图进一步判断计算结果的合理性
46、,三、从整体出发进行方案调整,第四节 某剪力墙抗剪截面超限的调整,一、前言根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）第6.2.9条的规定，对于钢筋砼柱和剪力墙，应进行抗剪截面的验算。而目前在工程界，剪力墙抗剪截面验算不满足要求也成为了一个很常见的问题。在此，笔者拟结合具体工程实例，简述一下如何采用SATWE软件进行剪力墙抗剪截面验算超限的调整。,二、工程实例,某工程为框支剪力墙结构，地下一层，地上25层，其中地上三层为框支转换层结构，结构总高度为79.1m，抗震设防烈度为8度，基本加速度为0.2g。第四层内外墙体厚度均为250mm。结构三维轴侧图如图1所示，地上第三层和第四层平面图如图2
47、、图3所示。,图1 结构三维轴侧图,图2 第三层转换层结构平面图,图3 第四层结构平面图,SATWE软件计算结果显示，墙1和墙2抗剪截面验算超限，其计算结果如下：墙1：*(30)V=6598.Fv=0.18*fc*B*Ho=6051墙2：*(31)V=7315.Fv=0.18*fc*B*Ho=6051其中，括号内数字为组合工况号，其相应的荷载组合分项系数见表1,表1 荷载组合分项系数注：1、Ncm-组合号 2、V-D,V-L-分别为恒载、活载分项系数 3、X-W,Y-W-分别为X向、Y向水平风荷载分项系数 4、X-E,Y-E-分别为X向、Y向水平地震荷载分项系数 5、Z-E-为竖向地震荷载分项
48、系数,以上计算结果可以看出，墙1和墙2的砼抗剪验算不满足要求，程序在计算结果配筋文本文件中以“*”显示。,二、计算结果分析,方法一 修改墙体厚度表2 墙1不同墙厚计算结果 表3 墙2不同墙厚计算结果,方法二 开设洞口短墙1：*(30)V=1828.Fv=0.18*fc*B*Ho=764.短墙2：*(31)V=1915.Fv=0.18*fc*B*Ho=764.这种情况形成的短墙几乎很难调整下来,方法三 增加周边墙体刚度1、加强周边墙体刚度2、修改计算参数 3、削弱2轴梁柱刚度，加强1轴边梁刚度,三、小结,以上笔者主要讨论了墙体抗剪截面超限的调整方法，虽然方法三对结构的改动比方法一和方法二要多，但
49、却不仅解决了剪力墙抗剪截面超限问题，而且使结构的抗扭转能力得到了加强，仍不失为一种比较好的调整方案。,第五节 某剪力墙配筋人工计算与SATWE程序计算相差很大的原因,一、前言 在PKPM的计算咨询工作中，经常有设计人员反映SATWE程序计算结果偏大，某片墙体手工计算其边缘构件的配筋仅是构造配筋，而采用SATWE软件计算却配筋面积极大，根本放不下。为此，笔者拟结合具体工程实例，与广大设计人员共同交流一下SATWE软件关于剪力墙配筋的计算过程。,二、工程实例,某高层建筑，结构总高度为237.4m，共48层。第3层结构平面图如图1所示，其中剪力墙1的基本信息显示如下：1.高度(m)DL=14.95
50、2.截面参数(m)B*H=0.200*6.000 3.混凝土强度等级 RC=60.0 4.主筋强度(N/mm2)FYI=360.0 5.分布筋强度(N/mm2)FYJ=360.0 6.抗震等级 NF=1,图1 第3层结构平面图,本工程采用SATWE软件进行计算，图1所示剪力墙1的配筋计算结果如下：(30)M=2148.V=66.剪跨比RMD=5.703*稳定验算超限(1)q=3097.Ec*(T*3)/(Lo*2)/10=368.N=-18581.Nu=-16006.Uc=0.49*Rs=211.38 Rsmax=6.00(1)M=306.N=-18581.As=253659.(1)V=-1.
