KPM计算软件2010规范版本介绍.ppt

2010新规范版多、高层设计软件SATWE和PMSAP,中国建筑科学研究院 2011 年 9 月,目录,1. “嵌固端所在层号” 2. “墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点” 3. “结构体系”的相关修改 4. “承载力设计时风荷载效应放大系数” 5. 抗震构造措施的独立控制 6. 抗震性能设计 7. 指定相对偶然偏心 8. “考虑结构使用年限的活荷载调整系数” 9. 梁刚度放大的相关修改 10. 连梁刚度折减 11. “加强层个数和层号”指定 12. “保护层厚度”概念的更新 13. “梁柱重叠部分简化为刚域” 14. “框架梁端配筋考虑受压钢筋” 15. “结构中框架部分轴压比限值按照纯框架结构的规定采用” 16. 钢筋类别的修改 17. 分塔指定“约束边缘构件层”、“薄弱层”、“过渡层”、“加强层”等,1 嵌固端所在层号,SATWE,PMSAP,嵌固端所在层号,确定嵌固端的位置 没输入地下室的结构模型，嵌固层所在层号一定是1； 有地下室的结构模型，嵌固层所在层号通常是（MBASE+1）（程序缺省值）；,嵌固端所在层号,确定嵌固端的位置 应自行进行判断 抗规6.1.14条：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位 时，应符合下列要求： 1地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结 构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构 2结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地 下一层侧向刚度的0.5倍 确定嵌固端后，地下室抗震等级应自行指定,嵌固端所在层号,相关的调整 框架柱底层柱底组合弯矩放大 抗规6.2.3：一、二、三、四级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3和1.2 转换柱底端组合弯矩放大 抗规6.2.10-3：一、二级框支柱的顶层柱上端和底层柱下端，其组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5和1.25（高规1.3）,嵌固端所在层号,相关的调整 剪力墙底部加强区起始位置（嵌固端所在层号-1） 抗规6.1.10-3：当结构计算嵌固端位于地下一层的底 板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固 端 倾覆力矩看嵌固端所在层 抗规6.1. 3：注：底层指计算嵌固端所在的层,嵌固端所在层号,相关的调整 地下室顶板梁柱的调整 抗规6.1.14-3-1：地下室顶板作为上部结构的嵌固部 位时，应符合下列要求： 地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层 柱对应纵向钢筋的1.1倍； 地下一层柱上端和柱节点左右梁端实配的抗震受弯承 载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载 力的1.3倍；,地下室层数4 嵌固层所在层号3,地下室顶板,嵌固端,地下室顶板梁弯矩放大1.3倍； 柱单侧配筋放大1.1倍 （相对地上一层，边框柱1.0）,梁1,柱1,854*1.3=1110,非嵌固端,嵌固端,1295*1.1=1425,地下一层,地上一层,PMSAP,嵌固端所在层号,底部嵌固层刚度比 高规3.5.2条： 对非框架结构，按(3.5.2-2)计算，且本层与相邻上层的比值不宜小于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; 对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5； 程序实现：仅当（嵌固端所在层号=1）时执行,嵌固端所在层号,嵌固端与回填土约束的关系 嵌固端： 设计概念 回填土约束：力学概念 两者没有任何关联！ 回填土约束总是应如实填写，与嵌固端层号无关！ 回填土约束一般不应填负值,2 墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点,墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点,墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点,影响结构周期 影响构件内力，尤其连梁内力，一定程度能缓解连梁超筋 勾选时，墙梁内力平衡校核应考虑轴力 不勾选时，墙梁能满足弯矩、剪力平衡条件,勾选,不勾选,勾选,不勾选,勾选,不勾选,勾选,不勾选,不勾选时，弯矩、剪力满足平衡条件 115.3*2.1=242 122.2+119.4=241.6,Nl,Nr,Mr,Ml,V,V,h/2,勾选时，弯矩、剪力、轴力满足平衡条件！,3 结构体系,结构体系,取消短肢剪力墙结构 复杂高层结构 部分框支剪力墙结构 增加：单层钢结构厂房 多层钢结构厂房 钢框架结构,结构体系带转换层结构,通过“转换层所在层号”区分是否为带转换层结构 通过“结构体系”区分“部分框支剪力墙结构”与其他结构类型 通过特殊构件属性区分是否为转换构件,结构体系带转换层结构,判断底部加强区高度(10.2.2) 输出转换层上下刚度比(10.2.3),高位转换时框支柱和剪力墙底部加强部位抗震等级自动提高一级(10.2.6) 输出框支框架的地震倾覆力矩(10.2.16) 框支柱的地震内力调整(10.2.17) 落地剪力墙底部加强部位弯矩设计值的调整(10.2.18) 剪力墙底部加强部位分布钢筋的最小配筋率(10.2.19),带转换层结构,其他带转换层结构,部分框支剪力墙结构,结构体系带转换层结构,转换柱 地震轴力放大、最小配筋率、两端弯矩放大、强柱弱梁强剪弱弯调整、轴压比、剪压比 水平转换构件 地震内力放大 转换梁：最小配筋率、剪压比,结构体系水平转换构件,水平转换构件的类型 转换梁 水平转换柱 水平转换支撑 转换墙,结构体系水平转换构件,SATWE,PMSAP,结构体系水平转换构件,结构体系水平转换构件,高规10.2.4条：特一、一、二级转换构件的水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.9，1.6，1.3；转换构件应按本规程第4.3.2条的规定考虑竖向地震作用 内力组合时对地震内力进行放大,转换墙(PMSAP新功能) 用来模拟水平转换构件的墙元称作转换墙 PMSAP自动识别转换墙，并按照水平转换构件设计转换墙,箱形 转换或超大梁 按墙 输入,结构体系水平转换构件,箱形 转换 按墙 输入,箱形 转换 按梁 输入,两种输入模型几何形态上无区别，但墙是二维单元，梁是一维单元，连接和传力都有较大区别,结构体系水平转换构件,转换结构按墙输入并考虑弹性楼板后形成的“盒子”顶面和底面,结构体系水平转换构件,明确了短肢墙结构的判断规则。对于“剪力墙结构”，程序计算输出短肢墙“倾覆力矩百分比”，当此百分比位于30%50%之间，可判为“短肢墙较多的剪力墙结构”。高规(7.1.8)条。 对于短肢墙的一系列从严控制措施，不再只针对“短肢墙较多的剪力墙结构”，故10版软件取消了“短肢墙结构”类型。高规(7.2.2)条。 对于08版老的工程数据，转到10版时，“短肢墙结构”类型强制转换为“剪力墙结构”类型,结构体系短肢剪力墙,SATWE在WV02Q.OUT中输出短肢墙倾覆力矩百分比,PMSAP在计算书item031项输出短肢墙倾覆力矩百分比,程序参照新高规修改了短肢墙判断方法：对于任一直线墙段，若其直接关联墙肢数不超过2（包括自身）、每肢长宽比小于8、且厚度不大于300mm，则该直线墙段判为短肢墙；否则为普通墙。 对于所有结构中的短肢墙，程序自动执行高规（7.2.2-2）、（7.2.2-3）和（7.2.2-5）条规定的调整（轴压比、剪力调整、竖向配筋率从严）。 短肢墙抗震等级不再提高 长宽比小于4的短墙肢，按照柱进行配筋设计,结构体系短肢剪力墙,4 承载力设计时风荷载效应放大系数,PMSAP,SATWE,02高规：对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用。 高规4.2.2：对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。 新规程明确了对风荷载敏感的高层建筑，承载力设计时按基本风压的1.1倍采用，正常使用极限状态设计，仍可采用基本风压值。 对风荷载是否敏感，尚无实用的划分标准，由设计人员根据实际情况确定。,承载力设计时风荷载效应放大系数,内力放大、位移不放大 特殊风荷载,WNL*.OUT,WWNL*.OUT,承载力设计时风荷载效应放大系数,5 抗震构造措施的独立控制,SATWE,抗震构造措施的独立控制,08版SATWE,抗震构造措施的独立控制,PMSAP,抗震构造措施的独立控制,抗规3.3.2条：建筑场地为I 类时，丙类建筑允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施（场地好） 抗规3.3.3条：建筑场地为III、IV 类时，对设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区，宜分别按8度(0.20g)和9度(0.40g)时各抗震设防类别的要求采取抗震构造措施（场地差） 抗规6.1.3-4条：当甲乙类建筑按规定提高一度确定其抗震等级而房屋高度超过表6.1.2相应规定的上界时，应采取比一级更有效的抗震构造措施（高度超限）,抗震构造措施的独立控制,抗规：用于确定乙类和丙类建筑的抗震措施和抗震构造措施的实际烈度,抗震构造措施的独立控制,抗震构造措施采用独立的抗震等级,6 性能设计 (Performance-based Design ),美国加州结构工程师协会SEAOC (Structural Engineers Association of California)1995年提出了新建房屋基于性能的抗震设计 ATC40(1996),FEMA237(1997)提出在既有建筑的评定和加固中使用多重性能目标的建议 2003年美国ICC (International Code Council) 发布了建筑物及设施的性能规范 日本、欧洲相继将抗震性能设计的思想列入设计和加固标准中,性能设计,方法特点 抗震设计从宏观定性目标向具体量化的多重目标过渡 业主可选择所需的结构性能目标 抗震设计强调根据性能目标进行深入分析和论证，利于结构创新。可以采用现行规范中未规定的新结构体系、新材料和新技术 可根据不同的设防烈度、场地条件及建筑重要性，灵活采用不同的性能目标和构造措施 具体量化的性能目标对结构分析和实验手段提出了更高的要求，对分析和实验有积极的推动作用,性能水准的设定 地震地面运动水准（小震，中震，大震） 结构性能水准 SP1:结构完好，可继续使用 SP2:结构基本完好，稍加维修可继续使用 SP3:结构轻度损坏，一般维修可继续使用 SP4:结构中度损坏，修复或加固后可继续使用 SP5:结构比较严重损坏，需排险大修,性能设计,高规3.11.3规定了5个性能水准的设计方法： 性能水准1：整个结构 应 满足 基于多遇地震的标准规范设计； 整个结构 应 满足 中震弹性； 性能水准2：关键构件和竖向构件 宜 满足 中/大震弹性； 耗能构件受剪承载力 宜 满足 中/大震弹性； 耗能构件受弯承载力 应 满足 中/大震不屈服； 性能水准3：整个结构应做弹塑性计算分析； 关键构件和竖向构件正截面 应 满足 中/大震不屈服； 关键构件和竖向构件斜截面 宜 满足 中/大震弹性； 耗能构件受剪承载力 应 满足 中/大震不屈服； 耗能构件受弯可屈服； 薄弱部位的层间位移满足规范的罕遇地震限值；,性能设计,性能水准4：整个结构应做弹塑性计算分析； 关键构件 应 满足 中/大震不屈服； 竖向构件 应 满足中/大震下的剪压比要求（3.11.3-4； 3.11.3-5）； 薄弱部位的层间位移 应 满足规范的罕遇地震限值； 性能水准5：整个结构 应 做弹塑性计算分析； 关键构件 宜 满足 中/大震不屈服； 竖向构件 应 满足中/大震下的剪压比要求（3.11.3-4； 3.11.3-5）； 薄弱部位的层间位移 应 满足规范的罕遇地震限值；,性能目标的设定 一个建筑物具体的性能目标可以这样描述 地震地面运动水准： 小震,中震,大震 结构性能水准： SP1,SP2,SP3,SP4,SP5 非结构性能水准： NPA,NPB,NPC 在一定的地面运动水准下选定结构性能水准和非结构性能水准，就构成一个具体的性能目标（性能目标的三要素）,性能设计,2010高规给出了可供选用的4个结构抗震性能目标ABCD，暂不包含非结构性能水准,性能设计,a,e,i,m,k,l,h,g,d,c,b,f,j,n,p,o,基本性能目标,性能目标提高,2,10,20,50,接近倒塌,生命安全,直接使用,可以使用,结构性能提高,地震烈度增加,50年超越概率,美国FEMA273的抗震性能目标设定,性能设计,性能水准1,性能水准2,性能水准3,性能水准4,性能水准5,性能目标A大震水准：基本完好,性能目标B大震水准：轻度损坏,性能目标C大震水准：中度损坏,性能目标D大震水准：严重损坏,注：对ABCD各性能目标，中震时的性能水准按照图中 的大震性能水准推前一级，小震的性能水准则均为1,结构稳定临界点,位移,侧向总剪力,性能水准和性能目标图解,性能设计,什么是中/大震弹性设计 1）ALPHAmax按中震或大震取值； 2）构件内力不考虑强柱弱梁、强剪弱弯的调整系数； 3）只考虑重力荷载代表值效应和地震作用效应的组合；,(3.11.3-1),什么是中/大震不屈服设计 1）ALPHAmax按中震或大震取值； 2）构件内力不考虑强柱弱梁、强剪弱弯的调整系数； 3）荷载分项系数均取1.0(但组合值系数不变) ； 4）抗震承载力调整系数RE 取1.0 ； 5）钢筋和混凝土材料强度取标准值； 6）只考虑重力荷载代表值效应和地震作用效应的组合；,性能设计,(3.11.3-3),(3.11.3-2),(3.11.3-4),性能设计,SATWE程序操作 选择不屈服或弹性方式 指定,在这里输入中震（或大震）地震影响系数最大值,性能设计,PMSAP程序操作 选择不屈服或弹性方式 指定,性能设计,10版软件与08版软件的差异 旧版中震（或大震）弹性无专门选项，以抗震等级填四级进行控制，新版增加了菜单选项 弹性和不屈服设计地震组合均不再考虑风荷载 不屈服设计增加竖向地震主控组合 不屈服设计增加柱、墙受剪截面验算,中震或大震不屈服,中震或大震弹性,SATWE：中大震计算时风荷载不参与地震组合,中震或大震不屈服,中震或大震弹性,PMSAP：中大震计算时风荷载不参与地震组合,不同的设计方法，具有不同的承载力 一般而言，承载力由小到大的次序为： 1 现行规范的设计方法 2 中震不屈服 3 中震弹性 4 大震不屈服 5 大震弹性,性能设计,基于小震的标准规范设计,中震不屈服设计,中震弹性设计,大震不屈服设计,大震弹性设计,7 指定偶然偏心,指定偶然偏心,指定偶然偏心,高规4.3.3：计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用：,8 考虑结构使用年限的活荷载调整系数,高规5.6.1条：持久设计状况和短暂设计状况下，当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，荷载基本组合的效应设计值应按下式确定：,增加了考虑设计使用年限的可变荷载（楼面活荷载）调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使用年限为100年时取1.1,考虑结构使用年限的活荷载调整系数,SATWE,荷载效应组合时活荷载组合系数已经乘上了考虑使用年限的活荷载调整系数,考虑结构使用年限的活荷载调整系数,PMSAP,9 梁刚度放大系数,两种方式： 指定全楼刚度放大系数 按混凝土规范自动计算,SATWE,梁刚度放大系数,PMSAP,梁刚度放大系数,混凝土规范5.2.4条：梁受压区有效翼缘计算宽度bf可按表5.2.4所列情况中的最小值取用；也可采用梁刚度增大系数法近似考虑，刚度增大系数应根据梁有效翼缘尺寸与梁截面尺寸的相对比例确定,梁刚度放大系数,SATWE,显示缺省值，可单构件修改,梁刚度放大系数,SATWE,输出每根梁的刚度系数,PMSAP,梁刚度放大系数,梁刚度放大的效果 通过梁刚度放大，可以较为准确地计算结构的总地震作用 通过梁刚度放大，可以较为准确地控制结构的层间位移 梁刚度放大后，梁自身在风和地震作用下的弯矩剪力，会显著提高；提高的部分在逻辑上应该由板承担；梁的设计有过于保守的可能；,梁刚度放大系数,钢梁的放大系数 程序不考虑钢梁的放大系数 根据梁、板连接情况自行确定 对计算结果的影响 周期、位移、内力、配筋,梁刚度放大系数,刚度系数=1,刚度系数=2,10砼规范,刚度系数=1,刚度系数=2,10砼规范,梁刚度放大系数,考虑楼板作用的“T型截面法” 根据混凝土规范（5.2.4）条，确定梁有效翼缘尺寸，将矩形截面直接转换成T形截面。刚度计算和承载力设计均按照T形截面考虑。,PMSAP,矩形截面刚度放大风弯矩（1.3）,T/L截面风弯矩（1.3）,矩形截面刚度不放大风弯矩（1.0）,10 连梁刚度折减系数,连梁刚度折减系数,高规5.2.1：高层建筑结构地震作用效应计算时，可对剪力墙连梁刚度予以折减，折减系数不宜小于0.5 条文说明：仅在计算地震作用效应时可对连梁刚度进行折减。对重力荷载、风荷载作用效应计算不宜考虑连梁刚度折减。有地震作用效应组合工况，均可按考虑连梁刚度折减后计算的地震作用效应参与组合。 程序实现： 恒活、风计算：连梁刚度不折减； 地震作用计算：连梁刚度折减； 规定水平力计算采用地震作用的刚度阵,连梁刚度折减系数,08版连梁恒载剪力,10版连梁恒载剪力,11 指定加强层,高规10.3.3条：抗震设计时，带加强层高层建筑结构应符合下列要求： 加强层及其相邻层的框架柱、核心筒剪力墙的抗震等级应提高一级采用，一级应提高至特一级，已经为特一级时应允许不再提高； 加强层及其相邻层的框架柱、箍筋应全柱段加密配置，轴压比限值应按其他楼层框架柱的数值减小0.05采用； 加强层及其相邻层核心筒剪力墙应设置约束边缘构件。,指定加强层,02规范已有相关规定 旧版软件未实现 10版自动实现相关功能,SATWE,指定加强层,PMSAP,指定加强层,软件实现： 加强层及相邻层柱、墙抗震等级自动提高一级 加强层及相邻层轴压比限值减小0.05 加强层及相邻层设置约束边缘构件,12 “保护层厚度”概念的更新,混凝土规范8.2.1-2：设计使用年限为50年的混凝土结构，最外层钢筋的保护层厚度应符合表8.2.1的规定； 混凝土规范8.2.1条文说明：不再以纵向受力钢筋的外缘，而以最外层钢筋（包括箍筋、构造筋、分布筋等）的外缘计算混凝土保护层厚度。,“保护层厚度”概念的更新,应以新的含义填写梁、柱保护层厚度,13 梁柱重叠部分简化为刚域,旧版：只考虑梁端刚域 新版：同时考虑梁端和柱端刚域,梁柱重叠部分简化为刚域,14. 框架梁端配筋考虑受压钢筋,混凝土规范11.3.1条，计入受压钢筋梁端受压区高度(10规范明确数值界限)： 支座受压区钢筋要求 （新增 砼规范5.4.3）负弯矩调幅不宜大于25%，弯矩调整后相对受压区高度应满足：,一级抗震等级：,二、三级抗震等级：,一级抗震等级：,二、三级抗震等级：,框架梁端配筋考虑受压钢筋,程序处理 如果用户选择该项参数，原来只对地震作用组合进行该项控制，10规范后对所有组合下的框架梁支座都进行控制，一级抗震 ，其他都是 ，按这个要求计算受压区钢筋，同时计入受压区钢筋影响来计算受拉区钢筋。 针对高规6.3.3条，梁端支座抗震设计时，如果受压钢筋配筋率不小于受拉钢筋的一半时，梁端最大配筋率可以放宽到2.75%（原来为2.5%），当选择该项时，同时执行这一条，否则还是按最大配筋率2.5%来控制。,框架梁端配筋考虑受压钢筋,计入受压区钢筋计算比较,已知弯矩设计值M,按单筋（或双筋）方式计算受拉钢筋,验算相对受压高度：一级0.25；二、三级0.35,不满足时，按受压区高度限值重新计算受压及受拉钢筋,计算所得的As与反向弯矩所求的拉筋As比较取大值,As=0.5 /0.3As,已知弯矩设计值M,按单筋（或双筋）方式计算受拉钢筋,验算相对受压高度：一级0.25；二、三级0.35,不满足时，给出超限提示,勾选,不勾选,地震组合,已知弯矩设计值M,按单筋（或双筋）方式计算受拉钢筋,验算相对受压高度：0.35,不满足时，按受压区高度限值重新计算受压及受拉钢筋,计算所得的As与反向弯矩所求的拉