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钢结构设计软件STS实例解析 中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部 郭丽云 门式刚架设计 框架设计 主要内容 第一部分门式刚架设计 依据 门规 进行门式刚架设计需满足哪些条件 跨度宜为9 36m柱距宜为6 9m柱高宜为4 5 12m桥式吊车宜为起重量 20t 轻级工作制 A1 A5 悬挂吊车宜为起重量 3t屋面坡度宜为1 8 1 20 例题1 某单跨双坡门式刚架厂房 跨度36m 总长度90m 刚架柱距7 5m 檐口高度9m 屋面坡度1 10 平面图如下图 钢材采用Q345 恒荷载0 3kN m2 活荷载 取屋面活荷载和雪荷载中较大值 0 3kN m2 基本风压0 35kN m2 地面粗糙度为B类 檩条采用高强镀锌冷弯薄壁卷边Z形钢檩条 建立模型 自动生成构件截面与铰接信息 的实现原则是什么 门规 第4 1 3中规定 设有桥式吊车时 柱宜采用等截面构件 门规 第4 1 4中规定 当用于工业厂房且有5t以上桥式吊车时 宜将柱脚设计成刚接 程序根据用户输入的参数信息来设置构件 当未布置吊车荷载时 刚架柱自动采用变截面的H形截面 柱脚为铰接 当布置有吊车荷载时 刚架柱自动采用等截面的H截面 柱脚为刚接 参数中如设定了分段数 梁采用变截面的H形截面 如未设分段数 梁采用等截面的H形截面 梁梁连接 梁柱连接均为刚接 刚架跨度L 18M时 横梁采用等截面为宜 L 24M时 横梁宜采用变截面 L 21M时 视情况而定 建立模型 焊接工形截面轴压截面分类如何选用 当定义截面选取了焊接工形截面时 在截面参数中会有 轴压对Y轴截面分类 的一个参数选项 如下图所示 该参数主要用于验算实腹式轴心受压构件的稳定性 用它来确定计算稳定性时所需的轴心受压构件的稳定系数 根据构件的长细比 钢材的屈服强度和表5 1 2 1 表5 1 2 2的截面分类按附录C采用 截面分类由软件根据GB50017自动确定 当存在多个选择时 一般取低的 偏安全 只有少数截面用户可以干预 例如焊接H形截面修改截面分类要有根据 对材料要求在施工图中要进行明确说明 轴压截面分类 相同长细比时B类的稳定系数要高于c类 按b类计算的构件承载力要高于c类 建立模型 荷载输入 1 软件对荷载的方向是如何规定的 荷载正负规定 水平荷载规定向右为正 竖向荷载规定向下为正 顺时针方向的弯矩为正 反之为负 2 恒载 活载为何刚架与檩条的活荷载分别定义 门规 3 2 2当采用压型钢板轻型屋面时 屋面竖向均布活荷载的标准值 按水平投影面积计算 应取0 5KN M2 对受荷水平投影面积大于60M2的刚架构件 屋面竖向均布活荷载的标准值可取不小于0 3KN M2 3 风荷载如何选取风荷载的计算规范 荷载规范 门规 风振系数 高度小于30m的单层工业房屋可按以往实践经验不考虑 体型系数 门规 中的体型系数是采用美国金属房屋制造商协会MBMA 低层房屋体系手册 1996 中的规定 本规定适合于低层钢结构房屋 屋面坡度不大于10 屋面平均高度不大于18m 房屋高宽比不大于1 檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸 荷载规范 第7 3节规定的体型系数适用范围更广 z 风荷载高度变化系数 当高度小于10m时 应按10m高度处的数值采用 基本风压 门规 中是按现行 荷载规范 规定值乘以1 05采用 1 参数输入中结构类型的选择与抗震规范的规定如何对应 抗震规范 第9 2 1条明确 单层钢结构厂房 一节 不适用于单层轻型钢结构厂房 所以当结构类型选择为 门式刚架轻型房屋钢结构 时程序不按抗震的要求控制 但当抗震控制结构设计时 尚应注意按门规3 1 4条条文说明规定的采取抗震构造措施 规程提出抗震构造措施有 构件之间应尽量采用螺栓连接 斜梁下翼缘与刚架柱的连接处宜加腋以提高该处的承载力 该处附近翼缘受压区的宽厚比宜适当减小 柱脚的抗剪 抗拔承载力宜适当提高 柱脚底板宜设置抗剪键 锚栓应采取提高抗拔力的构造措施 支撑的连接应按屈服承载力的1 2倍设计等 当结构类型选择 单层钢结构厂房 时程序按抗震规范 9 2单层钢结构厂房 控制 当结构类型选择 多层 高层框架 时程序按抗震规范 8多层和高层钢结构房屋 控制 对于选择不同的结构类型结构阻尼比取规范的相应值 单层结构 0 05 多层 12 0 02 建立模型 参数说明 2 如何确定 钢梁还要按压弯构件验算平面内稳定性 当设计规范选取 门规 时 此参数被激活 门规 第6 1 6 1 实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度 在平面外应按压弯构件计算稳定 当屋面坡度较大时 轴力对稳定性的影响在刚架平面内外都不容忽视 当屋面坡度较小时 坡度 1 2 5 可按GB50018的规定在刚架平面内按压弯构件计算其强度 3 摇摆柱设计内力放大系数 如何确定 当设计规范选取 门规 验算时才需要选取 该项的作用是 对于摇摆柱 即两端铰接柱 在计算其强度和稳定性时 将柱的轴力设计值乘以该系数进行计算 用于考虑摇摆柱并非理想铰接的不利影响 1 5 4 净截面和毛截面比值 如何确定 此项是计算构件强度时用到的一个参数 钢结构的连接 多为螺栓连接 螺栓孔对构件的强度会有削弱作用 此参数既是为了考虑这个削弱作用而设置 它只针对强度计算 对稳定计算没有影响 5 如何考虑 地震作用效应增大系数 根据 抗震规范 第5 2 3条规定 规则结构不进行扭转耦联计算时 平行于地震作用方向的两个边榀 其地震作用效应应乘以增大系数 来估计水平地震作用的扭转影响 一般情况下 短边可按1 15采用 长边可按1 05采用 该参数仅在二维结构设计软件中设置 原因是在三维空间分析软件例如SATWE中 程序在计算时已默认考虑扭转耦联的影响 所以不需再考虑此参数 建立模型 附加重量与恒荷输入有何区别 恒荷 永久作用在结构上的荷载 附加重量 正常使用情况下不作用于结构上 但是在地震作用下 其水平剪力需要由刚架来承担 组合1 1 2恒 1 4活 0 6x1 4风组合2 1 2 恒 0 5活 1 3地 附加重量仅此项力的计算 建立模型 抗风柱设计的常见问题1 如何正确设计两种类型的抗风柱 首先在柱截面库中不能选择变截面作为抗风柱的截面 柱布置时截面需旋转90度 在铰接构件中把该构件设成两端铰接后再定义抗风柱的类型 软件中把抗风柱分为两类 第一类为只承担风荷载 不承担屋面竖向荷载 第二类为既承担风荷载 同时承担屋面竖向荷载 兼作摇摆柱 应将抗风柱传递给刚架梁的力 传递给屋面支撑系统 避免刚架梁受扭 确定优化的目标 用钢量截面形式 人为指定确定相对经济的截面大小 程序自动计算 优化 如何通过优化设计带来经济效益 截面优化程序使用 验算规范选择门式刚架规程或上海标准定义构件截面 只关心截面类型 变截面还是等截面 不用关心截面尺寸布置了相同标准截面的构件 优化后截面相同平面外计算长度要修改优化限值要根据最优原则和实际情况选择直接导出优化结果 用于结构计算 计算 如何解决腹板高厚比超限问题 腹板高厚比H0 TW 88 33 H0 TW 68 40 CECS102 2002 注 腹板高度变化 74 6mm m 60mm m 按不考虑受剪板幅屈曲后强度控制 门规 第6 1 1条第6项 腹板高度变化超过60mm m时 已经超出了规程规定的考虑受剪板腹屈曲后强度计算的适用范围 这时程序按不考虑利用受剪板幅屈曲后强度来控制腹板的高厚比 在文本文件中会查到高厚比的容许值 该值如下得出 当不设置腹板横向加劲肋时 5 34 代入上式 可得 对于Q235钢 68 4 对于Q345钢 56 4 当提示超限时 可以通过以下途经来进行调整 1 调整构件端部高度 对于梁还可以调整变截面长度 尽量不超过60mm m的要求 2 通过设置构件腹板横向加劲肋 这样可以提高不考虑屈曲后强度的容许高厚比 工具箱 构件修改 腹板高厚比H0 TW 88 3360mm m 按不考虑受剪板幅屈曲后强度控制 当a hw 1时k 4 5 34 a hw 2当a hw 1时k 5 34 4 a hw 2K 受剪板件凸曲系数 当不设横向加劲肋时 取5 34 a 加劲肋间距 3 不建议增加腹板厚度来满足的方法 这样用钢量增加可能较多 工具箱 设置横向加劲肋 05版 构件查改 设置横向加劲肋 08版 计算 柱顶位移与钢梁挠度如何控制 柱顶位移按 门规 表3 4 2 1控制 但需注意 表中的柱顶位移设计值应为计算值 h 240 表3 4 2 1柱顶位移设计值 计算值 控制限值 修正部分 钢结构 2006年第4期对规程 CECS102 2002 的勘误和补遗 1 绝对挠度图跨度L 横梁在相邻两柱之间的距离 最大挠度值 是指在跨度范围内 梁在 恒 活 或 活 荷作用下的最大竖向变形值 2 相对挠度图跨度L 对单坡房屋为斜梁跨度 对双坡房屋为一个坡面斜梁的长度 最大挠度值 是指在单坡坡面长度范围内 梁在 恒 活 或 活 荷作用下的最大相对挠曲值 3 斜梁计算坡度图 只有当验算规范选 门规 时 才有输出 门规 第3 4 2条中规定 由于柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度改变值 不应大于坡度设计值的1 3 施工图 如何设计抗剪键 门规 第7 2 20 柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力 此水平剪力可由底板与混凝土间的摩擦力 摩擦系数可取0 4 或设置抗剪键承受 程序判断当V 0 4N时 自动设置抗剪键 抗剪键的计算混凝土承压抗剪键根部截面抗弯 抗剪验算 控制 抗剪键与底板连接焊缝验算 例题2 带吊车双跨四坡门式刚架 总跨度60m 总长度72m 檐口高度8m 屋面坡度1 10 牛腿高度6m 刚架柱距6m 钢材采用Q235 恒荷载0 3kN m2 活荷载 取屋面活荷载和雪荷载中较大值 0 6kN m2 基本风压0 5kN m2 每跨有两台起重量为5吨的轻级工作制吊车 吊车的平面布置及注意事项 抽柱厂房如何设计 08版本中吊车荷载有何改进 如用SATWE进行吊车荷载计算时有哪些注意事项 吊车荷载的计算是否可以传入基础 带吊车门式刚架结构的设计 例题3 一单跨双坡单层厂房 采用混凝土柱 轻钢屋盖 屋面梁采用实腹钢梁 跨度为18m 檐口高度为9m 坡度为1 10 柱距为6m 屋面恒载为0 3KN m2 活荷载为0 5KN m2 基本风压为0 35KN m2 混凝土柱 轻刚屋盖结构的设计 模型的正确建立 建议的连接形式 混凝土柱与钢梁采用铰接连接 混凝土柱底采用刚接 多跨情况下的中间混凝土柱与钢梁的连接采用钢梁连续 混凝土柱铰撑于钢梁底面 设计控制 结构类型应选择 单层钢结构厂房 钢梁应满足钢结构设计规范相关要求 当采用工形变截面梁时 建议梁构件承载力的校核采用按门式刚架规程进行校核 以考虑轴力的影响与变截面梁的稳定计算 但局部稳定应满足钢结构设计规范 抗震规范的要求 挠度控制 考虑到所采用的轻型屋面体系对钢梁挠度不是非常敏感 在有经验的情况下可较钢结构设计规范的挠度控制指标 L 400 适当放宽 不当的模型会导致的问题 如果在柱与基础设计时 没有考虑屋面斜钢梁对柱的推力 会导致柱配筋与基础的设计严重偏小 按这种方式设计的结构在安装过程中就有可能出现基础被翘起 混凝土柱顶位移过大 柱身出现裂缝 钢梁挠度过大等问题 而在分析钢梁时 把钢梁两端视为固定铰支座或建两根短柱作为支座都会夸大混凝土柱对钢梁的约束作用 导致钢梁轴力增大 跨中弯矩减小 挠度减小等不真实情况 这时往往会出现安装后的钢梁的挠度要大于计算挠度 钢梁有可能整体屈服失稳 局部压屈等不安全问题 整体分析时 分析模型要与连接构造处理相对应 混凝土柱与钢梁的铰接连接处理一般存在三种连接构造处理 完全抗剪连接构造 这种连接构造能够把梁端的推力以剪力的方式完全传递给混凝土柱 完全滑移连接构造 这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶自由滑移 梁端的推力由于相对的滑移而释放 作用力不传递给混凝土柱 介于以上二者之间的部分滑移连接构造 这种连接构造容许梁端相对混凝土柱顶有一定的滑移量 梁端的推力由于相对的滑移而部分释放 剩余作用力以剪力的方式传递给混凝土柱 这三种构造应分别对应于不同的计算模型 对于这三种不同的连接计算模型 对内力分析结果带来非常大的差异 下表为某一单跨结构不同的连接计算模型的分析结果比较 从上表的比较结果可以看出 不同的计算模型 对内力分析结果 设计结果影响非常大 如果一个完全抗剪的连接构造 分析时采用完全滑移的分析模型 砼柱单独作为悬壁柱计算 不考虑钢梁的推力 也属于这种情况 会导致柱的配筋 基础尺寸严重的偏小 带来的后果如同上面柱与基础设计不考虑钢梁推力的情况一样 而分析时采用的是铰接完全抗剪模式 实际处理时处理成了长圆孔等滑动支座形式 这会导致钢梁的强度应力比 挠度等计算结果严重偏小 同样给钢梁的设计带来不安全隐患 设置单拉杆的模型 对于风载较大的地区 当风的作用能够克服屋面自重作用 组合 1 0恒 1 4风 出现屋面作用力向上的情况 这时通过在柱顶设置单拉杆来抵抗梁对柱顶的推力作用 会由于出现压力致使该单拉杆失效而退出工作 这时剪力还是能够传递到混凝土柱与基础 对于这种情况下 这种处理是不能起到作用的 不建议采用这种处理 梁端铰接定义 对于定义完全滑移与部分滑移的分析模型 必须保留一个梁端为完全约束的普通铰接节点 否则会出现分析上的可变体系 使分析无法进行 在定义完全滑移或部分滑移约束的情况下 程序分析结果中 在查看该混凝土柱的构件信息时 能够发现程序实际分析出来的滑移量计算结果 根据分析结果可以用来处理设置滑移的节点构造 门式刚架施工图程序中 能够根据整体分析的结果 处理这类节点及钢梁的施工图 在容许滑移的连接节点施工图中 底板设置长圆孔 长圆孔标注的长度尺寸为支座底板相对于支承面的容许滑移距离 为保证滑移的顺利进行 垫板与底板之间不应施焊 底板于混凝土柱顶接触面处理应保证支座底板与支承面间在容许距离内自由滑动 对于限制滑移量的连接节点中 当滑移量达到容许距离时支承面应设置可靠抗剪措施 限制继续滑移 使剩余剪力能够完全传递给柱 混凝土柱身配筋图 可以在STS二维整体分析的基础上 接力PK进行绘图 有吊车作用的混凝土排架柱 直接接PK模块中的排架柱绘图 普通无吊车混凝土柱 接PK模块中的框架绘图 第二部分框架结构设计 例题4 6层钢框架 长度25 2m 宽度18m 两个结构标准层 标准层平面图如下图 各层层高3 3m 恒荷载3 0kN m2 活荷载3 0kN m2 基本风压0 35kN m2 7度地震 空间计算SATWE参数的合理选取与结果分析 如何理解 水平力与整体坐标夹角 与 斜交抗侧力构件方向附加地震数 相应角度 总信息 水平力与整体坐标夹角该参数为地震力 风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角 当需进行多方向侧向力核算时 可改变此参数 地震信息 斜交抗侧力构件方向附加地震数 相应角度 抗震规范 第5 1 1 2条规定 有斜交抗侧力构件的结构 当相交角度大于15度时 应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用 高钢规4 3 2 程序最多可取5组地震力 附加地震数可在0 5之间取值 在 相应角度 输入角度 比如 在 附加地震数 中输入2 在 相应角度 中输入30度和45度 则程序就会自动以30度和120度 45度和135度各为一组 计算水平地震作用 总信息 转换层所在层号对于带转换层的框支剪力墙等结构 设计人员应输入转换层所在层号 输入转换层数后 程序能够自动按照 高规 的规定正确地对框支梁 柱 落地剪力墙的抗震等级 内力等进行调整 转换层所在层号应包含地下室层数 对部分框支剪力墙结构 当转换层的位置设置在3层及3层以上时 其框支柱 剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按 高规 表4 8 2和表4 8 3的规定提高一级采用 已为特一级时可不再提高 高规 第10 2 5条 总信息 对所有楼层强制采用刚性楼板假定 抗震规范 和 高规 均要求 在计算结构的楼层位移比和层间位移比时 要采用刚性楼盖 刚性楼板假定 若有不与楼板相连的构件或定义了弹性楼板 输出结果与规范要求不符 因此 设计人员在计算位移比时应考虑 强制执行刚性板假定 在计算结构的内力和配筋时 则应将此选项去掉 结构材料信息中选择 有填充墙钢结构 与 无填充墙钢结构 对计算结果有何影响 计算风荷载时 由于选有墙体材料填充的房屋钢结构和无墙体材料填充的房屋钢结构 结构的阻尼比取值不同 则脉动增大系数值不同 不会影响风荷载计算时的迎风面宽度 对钢结构取0 01 对有墙体材料填充的房屋钢结构取0 02 总信息 墙梁转框架梁的控制跨高比 0为不转 程序对于建模时输入的剪力墙洞口进行自动判断 对于跨高比大于该值的墙梁自动转换为框架梁 采用梁元进行分析 否则仍按墙元分析 如果输入零值则不进行转换 但目前程序自动判断局限于规则对齐的洞口 对于上下层洞口不对齐 墙厚变化等特殊情况不进行转换 应通过平面图查看转换后的结果 总信息 结构恒载计算模型信息一次性加载 按一次加荷方式计算竖向力 采用整体刚度一次加载模型 这种计算模型适用于多层结构 或有上传荷载 如 吊柱等 的结构 其计算结果的主要特点是结构各点的变形完全协调 并由此而产生的弯矩在各点都能保持内力平衡状态 但是 由于竖向荷载是一次性加载到工程中从而造成结构竖向位移往往偏大 模拟施工加载1 采用整体刚度分层加载模型 这种计算模型普遍应用于各种类型的下传荷载的结构 目的是去掉下部荷载对上部结构产生的平动影响 注意 其不适应有吊柱的情况 X Z a一层加载 b二层加载 c三层加载 图一 模拟施工1 只对上部结构起作用 对底部传基础荷载 并没有起到调节作用 所以框剪结构传基础荷载还是会出现黑洞现象 即剪力墙下的轴力很大 柱下轴力很小 造成地基沉降 承载力等验算误差 可以采用 模拟施工2 的计算方法解决这个问题 它是把柱的轴向刚度提高10倍 以减少柱 墙的刚度差异 从而起到调整传基础的荷载 施工加载2 按模拟施工加荷方式1计算竖向力 同时在分析过程中将竖向构件的轴向刚度放大十倍 以削弱竖向荷载按刚度的重分配 这样做将使得柱和墙上分得的轴力比较均匀 接近手算结果 传给基础的荷载更为合理 模拟施工加载3 采用分层刚度分层加载模型 与模拟施工加载1类似 只是在分层加载时 去掉了没有用的刚度 使其更接近于施工过程 建议可以首选模拟施工加载3来计算恒载 钢的弹性模量比混凝土大的多 对钢结构可以按 一次性加载 计算恒载 a一层结构 b二层结构 c三层结构 图二 模拟施工次序信息 施工次序定义 模拟施工1或3的计算模式下 为适应某些复杂结构 新增了自定义施工次序菜单 可以对楼层组装的各自然层分别指定施工次序号 程序隐含指定每一个自然层是一次施工 用户可通过施工次序定义指定连续若干层为一次施工 对一些传力复杂的结构 应采用多层施工的施工次序 如 转换层结构 下层荷载由上层构件传递的结构形式 巨型结构等 如果采用模拟施工3中的逐层施工 可能会有问题 因为逐层施工 可能缺少上部构件刚度贡献而导至了上传荷载的丢失 对于广义层的结构模型 由于层概念的泛延 应考虑楼层的连接关系来指定施工次序 避免下层还未建造 上层反倒先进入施工行列 定义施工次序总原则 A 在结构分析时 如果已经明确地知道了实际的施工次序 就按照实际的来 这总是没错的 B 在结构分析时 如果对实际的施工次序还不太清楚 那么你的施工次序定义至少要满足下面的条件 被定义成在同一个施工次序内施工且同时拆模的一个或若干个楼层 当拆模后 这一部分的结构在力学上应为合理的承载体系 且其受力性质应尽可能与整体结构建成后该部分结构的受力性质接近 楼层施工次序的定义及施工模拟三 广义层模型的加载次序 层号次序号112233445566778394105 风荷载信息 结构基本周期结构基本周期主要是计算风荷载用的 设计人员可以先按照程序给定的缺省值对结构进行计算 计算完成后再将程序输出的第一平动周期值填入即可 风荷载信息 设缝多塔背风面体型系数对于带变形缝的结构 设计人员可以指定各塔的挡风面 程序在计算风荷载时会自动考虑挡风面的影响 并采用此处输入的背风面的体型系数对风荷载进行修正 需要注意的是 如果设计人员将此参数填为0 则程序无法考虑挡风面的影响 地震信息 偶然偏心规范条文 高规 第3 3 3条规定 计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响 附加偏心距可取与地震作用方向垂直的建筑物边长的5 程序考虑方式 从理论上 各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶然偏心 从最不利的角度出发 我们在程序中只考虑下列四种偏心方式 A X向地震 所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5 记作EXPB X向地震 所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5 记作EXMC Y向地震 所有楼层的质心沿X轴正向偏移5 记作EYPD Y向地震 所有楼层的质心沿X轴负向偏移5 记作EYM 地震信息 双向地震作用 抗震规范 5 1 1条规定 质量和刚度分布明显不对称的结构 应计入双向地震作用下的扭转影响 求出X与Y向的单向水平地震作用的扭转效应Sx和Sy后 由于Sx和Sy不一定在同一时刻发生 可采用平方和开方的方式估计由双向水平地震产生的地震作用效应 根据强震观测记录的统计分析 两个方向水平地震加速度的最大值不相等 二者之比约为1 0 85 则可按下面两式的较大值确定双向水平地震作用效应 假设Sx Sy 上表列出了S Sx与Sy Sx的数值关系 从中可知 当两个方向水平地震单独作用时的效应相等时 双向水平地震的影响最大 此时双向水平地震作用效应是单向水平地震作用效应的1 31倍 而随着两个方向水平地震单独作用时的效应之比减小 双向水平地震的影响也减小 具体操作原则 在非偶然偏心作用下 结构位移比 1 2 或在偶然偏心作用下 A级高度建筑结构位移比 1 4 B级高度建筑结构位移比 1 3 需要考虑双向地震作用 程序实现 现在我们考虑某个地震反应参数S 该参数在X和Y地震作用下的扭转效应分别为SX和SY 那么在考虑了双向地震扭转效应后 这意味着对于X和Y地震作用都作不同程度的放大 当同时考虑偶然偏心和双向地震作用时 仅对无偏心地震作用效应进行双向地震作用计算 而左偏心地震作用效应和右偏心地震作用效应并不考虑双向地震作用 考虑双向地震时 内力组合不改变 地震信息 计算振型个数 结构可以求得到的特征值是有限的 即结构的周期 振型数是有限的 结构的特征值数与结构有质量贡献的自由度数有关 对一块刚性楼板有3个 对一个弹性节点有2个 结构分析时 统计刚性板数和弹性节点数 即可得出可能计算出的最大特征值数 当结构的有质量贡献的自由度数较多时 求出所有的特征值会消耗很多时间 而对结构影响大的特征参数往往是前面的特征值 所以没有必要把所有的特征值都求出来 特征值数的合理数量可以由 有效质量系数 来判定 刚性楼板3个带质量的自由度Dx Dy z 弹性节点有2个带质量的自由度dx dy 高规 5 1 13 2条规定 抗震计算时 宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应 振型数不应小于15 对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90 抗震规范 5 2 2的条文说明 振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90 所需的振型数 地震信息 活荷质量折减系数规范条文 按照 抗震规范 第5 1 3条规定 计算地震作用时 建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和 该值主要指的是可变荷载组合值系数 一般情况下 该值与 荷载组合 中 活荷重力代表值系数 相同 地震信息 周期折减系数主要用于框架 框架剪力墙或框架筒体结构 由于框架填充墙 指砖 在早期弹性阶段会有很大的刚度 因此会吸收很大的地震力 当地震力进一步加大时 填充墙首先破坏 刚度大大减弱 而在SATWE计算中 只计算了梁 柱 墙等构件的刚度 并由此刚度求得结构自振周期 因此结构实际刚度远大于计算刚度 实际周期比计算周期小 若以计算周期按规范方法计算地震力 地震力会偏小 使结构分析偏于不安全 因而对地震力再放大些是有必要的 周期折减系数的取值视填充墙的多少而定 一般取0 7 1 0 周期折减系数的理解 周期折减系数并不改变结构的基本振动特征 即输出表达的结构周期是不变的 周期折减系数是放大地震作用的方法之一 周期折减系数是根据结构早期弹性刚度较大 因为有大量的填充墙 而在地震作用时破坏这种特性 而设置的放大地震作用的系数 周期折减前的 max 周期折减后的 max Tg 5Tg 0 1 6 0 Tg T 2 max T T max 地震信息 按中震 或大震 不屈服做结构设计新版SATWE增加了两种性能设计的选择 即 中震或大震的弹性设计 中震或大震的不屈服设计 这两种设计方法属于结构性能设计的范畴 目前没有放到规范中 只有在具体提出结构性能设计要求时 才能对其进行有针对性的分析 验算 具体操作如下 A 中震或大震的不屈服设计法 选择该项 按中震 或大震 不屈服做结构设计 把地震最大影响系数取为中震或大震 如8度0 2g的多遇小震地震影响系数为0 16 中震约为0 456 则程序在分析时自动把 荷载分项系数均取为1 强柱弱梁强剪弱弯的调整系数均取为1 属于经验系数 抗震调整系数取为1 钢筋和混凝土材料采用标准强度 B 中震或大震的弹性设计法 不选择该项 不考虑 中震或大震的不屈服设计 但是把地震最大影响系数取为中震 把抗震等级均填为4级 程序按此参数设置来设计 因为抗震等级为4级 所以所有的强柱弱梁 强剪弱弯的调整系数均为1 活荷信息 柱 墙及基础设计时活荷载 是否折减按照 荷载规范 第4 1 2条规定 活荷载可以按照楼层数折减 当房屋类别按表4 1 1条项次1所列时 柱墙竖向构件的活荷载及传给基础的活荷载可以选择按楼层数的折减 当为其他房屋类别时 可以根据 荷载规范 第4 1 2 2的规定的房屋类别对表列系数进行修改后折减 或者不折减 柱 墙及基础活荷载折减只传到底层最大组合内力中 并没有传给JC中 在JC中读取的仍然是荷载标准值 考虑基础活荷载折减系数 则应到JC的 荷载参数 中输入 新版本将可传至JC 1 01 00 850 850 70 70 650 650 650 6 柱墙活荷载折减 12345678910 计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 墙 柱 基础计算截面以上的层数 表4 1 2 梁活荷载折减 梁活荷载折减是根据梁的承受荷载面积而确定的 这样就会造成比较复杂的折减方式 且可能每根梁不同 PMCAD在处理这个问题时 采用了折减楼面荷载的方式 这样就把搂面的外荷载折减了 同时 它也就把结构的整体质量 地震作用 所有构件的内力都折减了 鉴于这样的处理方式 建议在选择梁活荷载折减时 应慎重考虑 所以 在使用PKPM系列的软件中 活荷载折减最好不要重复使用 如考虑了梁的活荷载折减 则在SATWE TAT中最好不要选择 柱墙活荷载折减 以避免活荷载折减过多 反之亦然 调整信息 梁端负弯矩调幅系数在竖向荷载作用下 钢筋砼框架梁设计允许考虑砼的塑性变形内力重分布 适当减小支座负弯矩 相应增大跨中正弯矩 使梁上下配筋均匀一些 梁端负弯矩调幅系数可在0 8 1 0范围内取值 注意 此参数只影响竖向荷载 对水平荷载不起作用 程序隐含规定钢梁为不调幅梁 若想对钢梁调幅 可交互修改 调整信息 梁活荷载内力放大系数只对梁在满布活荷下的内力 包括弯矩 剪力 轴力 进行放大 然后与其他荷载工况进行组合 而不再乘在组合后的弯矩设计值 即弯矩包络图上 一般工程建议取值1 1 1 2 如果已经考虑活荷载不利布置 则应填1 调整信息 梁扭矩折减系数对于现浇楼盖 采用刚性板假定时 可以考虑楼板对梁的抗扭作用而对梁的扭矩进行折减 由于目前有关梁在整体工作中的扭转问题研究不多 楼板对梁究竟有多大的约束作用 哪些因素对梁扭转有影响等问题还没有完全彻底了解清楚 所以程序规定折减系数可在0 4 1 0范围内取值 注意 若定义了弹性楼板 由于弹性楼板已经考虑了对梁的抗扭作用 因此梁的扭矩不应折减 程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁 此系数不起作用 调整信息 连梁刚度折减系数主要是指那些与剪力墙相连的梁 由于梁两端往往变位差很大 剪力就会很大 所以很可能出现超筋 根据以往的实验依据 在连梁进入塑性状态后 允许其卸载给剪力墙 而剪力墙的承载力往往较高 因此这样的内力重分布是允许的 当设计人员填入此参数后 实际上就已经允许了该连梁在中震作用下开裂 但为避免在正常使用极限状态下连梁开裂 该值也不能太小 一般不宜小于0 55 一般工程取0 7 该参数的大小对于以洞口方式形成的连梁和以普通梁方式输入的连梁都起作用 调整信息 中梁刚度放大系数规范条文 高规 第5 2 2条规定 在结构内力与位移计算中 现浇楼面和装配整体式楼面中梁的刚度可考虑翼缘的作用予以放大 楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1 3 2 0 对于无现浇面层的装配式结构 可不考虑楼面翼缘的作用 按照 高规 中附录说明的建议 中梁该系数可取2 0 边梁可取1 5 注意 此参数对结构的周期 位移等均有影响 一般情况 梁的刚度与内力均会增大 对预制楼板结构 板柱体系的等代梁结构 此系数应取为1 0该系数对连梁不起作用 不与楼板相连的独立梁和仅与弹性楼板相连的梁 刚度不放大 调整信息 剪力墙加强区起算层号程序缺省总是将地下室作为剪力墙底部加强区 这时剪力墙底部加强区起算层号为1 根据规范 地下室抗震等级降低到3级后也可以不作加强区 这时可以通过修改剪力墙底部加强区起算层号来达到这个目的 比如剪力墙底部加强区起算层号填为2 那么程序对第一计算层就不按底部加强区考虑了 调整信息 托墙梁刚度放大系数实际工程中常常会出现 转换大梁上面托剪力墙 的情况 当用户使用梁单元模拟转换大梁 用壳元模式的墙单元模拟剪力墙时 墙与梁之间的实际的协调工作关系在计算模型中就不能得到充分体现 存在近似性 实际的情况是 剪力墙的下边缘与转换大梁的上表面变形协调 计算模型的情况是 剪力墙的下边缘与转换大梁的中性轴变形协调 于是计算模型中的转换大梁的上表面在荷载作用下将会与剪力墙脱开 失去本应存在的变形协调性 换言之 与实际情况相比 计算模型的刚度偏柔了 这就是软件提供托墙梁刚度放大系数的原因 为了再现真实的刚度 根据我们的经验 托墙梁刚度放大系数一般可以取为100左右 当考虑托墙梁刚度放大时 转换层附近的超筋情况 若有 通常可以缓解 当然 为了使设计保持一定的裕度 也可以不考虑或少考虑托墙梁刚度放大 使用该功能时 用户只须指定托墙梁刚度放大系数 托墙梁段的搜索由软件自动完成 最后指出一点 这里所说的 托墙梁段 在概念上不同于规范中的 转换梁 托墙梁段 特指转换梁与剪力墙 墙柱 部分直接相接 共同工作的部分 比如说转换梁上托开门洞或窗洞的剪力墙 对洞口下的梁段 程序就不看作 托墙梁段 不作刚度放大 可参见示意图 托墙梁刚度放大 修复 转换梁 墙 之间的协调性 会使转换构件及上部楼层内力和配筋减小 调整信息 调整与框支柱相连的梁内力规范条文 根据 高规 第10 2 7条的规定 框支柱剪力调整后 应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁 不包括转换梁 的剪力 弯矩 框支柱轴力可不调整 目前版本不起作用的参数 结构规则性信息 调整与框支柱相连的梁内力 调整信息 按规范5 2 5条调整各楼层地震内力抗震规范5 2 5条规定 抗震验算时 结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5 2 5给出的最小地震剪力系数 抗震规范 5 2 5条文说明 由于地震影响系数在长周期段下降较快 对于基本周期大于3 5S的结构 由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能太小 而对于长周期结构 地震动态作用中的地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响 但是规范所采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估计 出于安全的考虑 增加了对各楼层水平地震剪力最小值的要求 规定了不同烈度下的剪力系数 结构水平地震作用效应应据此进行相应调整 剪重比的调整 当剪重比不满足规范要求时 程序将自动调整地震作用 以达到设计目标的要求 剪重比调整系数将直接乘在该层构件的地震内力上 地下室可以不受最小剪重比的控制 调整前楼层剪重比 调整后楼层剪重比 哪层的地震剪力不够 就放大哪层的设计地震内力 调整信息 指定的薄弱层个数及相应的各薄弱层层号薄弱层概念具有两个内涵 一个用于弹性分析时竖向不规则结构的判定 另一个用于在罕遇地震作用下结构的弹塑性变形验算 抗震规范 规定 对一些结构除了弹性分析外 还要进行罕遇地震下的弹塑性变形验算 在需要验算弹塑性变形的结构中 既有竖向不规则结构也有竖向规则结构 弹塑性变形验算主要是找出结构在弹塑性状态下的薄弱层 部位 然后看其层间位移角是否满足规范要求 该选项所指的是多遇地震下的薄弱层 按照 抗震规范 第3 4 2和3 4 3条及 高规 第4 4 2条均规定 其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70 或其上相邻三层侧向刚度平均值的80 当程序发现其刚度比的计算结果不满足规范要求时 程序会自动乘以1 15的放大系数 但对于有些工程 比如框支剪力墙结构 由于竖向刚度不连续 转换层处应定义为薄弱层 对于错层 刚度削弱层 也应采用 强制薄弱层 来特别指定 指定薄弱层层号后 不影响程序自动判断结构其它的薄弱层 高规4 4 3A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80 不应小于其上一层受剪承载力的65 B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75 高钢规 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80 调整信息 9度结构及一级框架结构梁柱钢筋超配系数按照规范的规定 对于9度设防烈度的各类框架及一级抗震等级的框架结构 框架梁和连梁端部剪力 框架柱端部弯矩 剪力调整应按实配钢筋和材料强度标准值来计算 在出施工图前 程序也不知道实配钢筋具体是多少 因此需要设计人员根据经验输入超配系数 程序根据该值自动调整配筋面积 超配系数的作用 当结构设计为9度 或1级框架结构时 程序根据 超配系数 来计算 强柱弱梁 强剪弱弯 的内力调整系数 在验算楼层抗剪承载力时 程序用超配系数乘以计算配筋作为截面的配筋面积 配筋面积As中已经乘以超配系数 调整信息 全楼地震力放大系数一般情况下 可以不用考虑 全楼地震力放大系数 除非特殊情况 比如当采用弹性动力时程分析时计算出的楼层剪力 大于采用振型分解法计算出的楼层剪力时 可填入此参数 调整信息 顶塔楼地震作用放大系数 抗震设计规范 5 2 4条 采用基底剪力法时 突出屋面部分的地震作用效应宜乘以增大系数3 程序采用振型分解法 突出屋面部分每层可作为一个质点 并取足够的计算振型 如何进行 0 2Q0 0 25Q0的调整 结果文件如何查看 框架 剪力墙结构在水平地震作用下 框架部分计算所得的剪力一般都较小 为保证作为第二道防线的框架具有一定的抗侧力能力 需要对框架承担的剪力予以适当的调整 高规 8 1 4条 抗震设计时 框架 剪力墙结构对应于地震作用标准值的各层框架总剪力应符合下列规定 1 满足Vf 0 2V0要求的楼层 其框架总剪力不必调整 不满足时 其框架总剪力应按0 2V0和1 5Vf max二者的较小值采用 2 各层框架所承担的地震总剪力按1款调整后 应按调整前 后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连框架梁的剪力及端部弯矩标准值 框架柱的轴力标准值可不予调整 3 按振型分解反应谱法计算地震作用时 第1款所规定的调整可在振型组合之后进行 高钢规 第5 3 3条 第一阶段抗震设计中 框架 支撑 剪力墙板 体系中总框架任一楼层所承担的地震剪力 不得小于结构底部总剪力的25 05版的SATWE无论对于单塔结构还是多塔结构 立面规则的结构还是立面不规则的结构 在做0 2Q0调整时 均看作一个塔楼 且在立面上不分段 应该说这样的调整方式对立面规则的单塔楼结构是合适的 但对于多塔结构 或立面有突变的结构就不是很准确了 08版增加了 分段 分塔方式的0 2Q0调整 程序可以自动通过用户定义的多塔信息 将整个结构拆分成数段 在每段之中 Q0取为本段底层的地震剪力 1 5Vf max取为本段框架最大楼层剪力的1 5倍 从而最终确定出0 2Q0调整系数 CQC组合后的结果 设计信息 P DELTA效应指竖向荷载的侧移效应 当结构发生水平位移时 竖向荷载就会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量 这个分量将加大水平位移量 同时也会加大相应的内力 这在本质上是一种几何非线性效应 P L H M1 HL 刚架柱在水平力H和轴力P作用下 所得底部弯矩为M1 由于水平力的作用 柱顶产生水平位移 此位移将使柱产生附加弯矩P 而此附加弯矩可等效为一水平力H1 P L 在水平力H1作用下 柱顶将产生一附加水平位移 1 进而产生附加弯矩P 1 依次类推 最后可得考虑P 效应影响的柱底弯矩 对于混凝土结构 一般情况下可先不选择此项 待计算完成后 可以查看结构的质量文件 WMASS OUT 程序会提示该工程是否要计算P DELTA效应 设计人员可根据提示进行选择 钢结构允许变形大 分析应考虑P 效应 考虑P 效应后 水平位移增大约5 10 一般当杆间位移大于1 250时应该考虑P 效应 设计信息 梁柱重叠部分简化为刚域此项选择对结构的刚度 周期 位移 梁的内力计算等均会产生一定的影响 尤其是梁的弯矩值 一般而言 对于异型柱结构 由于异形柱的柱肢一般较长 梁 柱在节点处的重叠部分较大 对计算结果影响较大 宜采用 梁柱重叠部分简化为刚域 对于矩形柱结构 可以将其作为一种安全储备而不选择它 SATWE对梁考虑了这样的力学模型简化 1 梁的自重按扣除刚域后的梁长计算 2 梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算 3 截面设计按扣除刚域后的梁长计算 4 梁端刚域的计算原则如下 记梁两端与柱的重叠部分长分别为Di和Dj 梁长为L 即两端节点间的距离 梁高为H 则梁两端刚域的长度分别为 Dbi Max 0 Di H 4 Dbj Max 0 Dj H 4 扣除刚域后的梁长为 L0 L Dbi Dbj 上述讨论的梁与柱重叠部分作为刚域计算 并不仅限于砼异形柱 我们在程序中也考虑了截面尺寸较大的砼矩形柱与梁重叠部分作为刚域的情况 钢柱计算长度系数按有侧移计算 选择的原则是什么 钢柱计算长度系数的确定可以按 有侧移 或 无侧移 钢结构规范 中对无侧移的判定原则是有强支撑 支撑是抗侧移刚度较大的结构 如支撑桁架 剪力墙 电梯井等 对有侧移的判定原则是有弱支撑 抗侧移刚度较弱的结构 或无支撑 建议在选取时可以按以下原则考虑 当楼层最大杆间位移小于1 1000时 可以按无侧移设计 当楼层最大杆间位移大于1 1000但小于1 300时 柱长度系数可以按1 0设计 当楼层最大杆间位移大于1 300时 应按有侧移设计 设计信息 混凝土柱的计算长度系数执行混凝土规范7 3 11 3条 混凝土规范 7 3 11 轴心受压和偏心受压柱的计算长度l0可按下列规定确定 1 刚性屋盖单层房屋排架柱 露天吊车柱和栈桥柱 其计算长度l0可按下表取用 2 一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构 各层柱的计算长度l0可按下表取用 H 底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度 对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度 3 当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75 以上时 框架柱的计算长度l0可按下列两个公式计算 并取其中的较小值 L0 1 0 15 l HL0 2 0 2 min H l 柱的上端 下端节点处交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁线刚度之和的比值 min 比值 l中的较小值 程序执行 旧版程序不做判断 新版程序完善了该条的实现1 当不钩选 混凝土柱长度系数执行混凝土规范 7 3 11 3 时 混凝土柱的长度系数将按照混凝土规范 7 3 11 2 的现浇楼盖情况进行考虑 即底层取为1 0 其余楼层取为1 25 2 当钩选 混凝土柱长度系数执行混凝土规范 7 3 11 3 时 程序将对每一个柱截面的每一组基本组合内力 计算其水平荷载产生的设计弯矩与总设计弯矩的比值 如果该比值大于75 则按照 7 3 11 3 计算其计算长度系数 否则 仍旧按照混凝土规范 7 3 11 2 的现浇楼盖情况考虑 即底层取为1 0 其余楼层取为1 25 地下室信息 回填土对地下室约束相对刚度比 与 扣除地面以下几层的回填土约束 有何关系 分别该如何填取 回填土对地下室约束相对刚度比 这个参数反映了侧向土对结构侧向的约束作用 回填土只对结构的侧向变形有约束 对竖向变形没有约束相对刚度比 反映约束与层刚度的比值 如认为约束产生的等效刚度是层刚度的2倍 该系数则填2 若取0 则认为基础回填土对结构没有约束力 地震力往下传 若填一负数 则相当于侧向完全嵌固不动 地震力不往下传 比如 某结构有两层地下室 若填 1 则表示在地下室二层顶板嵌固 地震力计算到地下室二层顶板 若填 2 则表示在地下室一层顶板嵌固 地震力计算到地下室一层顶板 若填入0 5之间的参数 则该参数填得越高 就表示基础回填土对结构的约束能力越强 地震力作为外力对地下室的影响就越小 地下室对总地震作用的影响 A 若地下室约束刚度比填零 则对总地震作用无影响B 若地下室约束刚度比大于零 则根据约束强弱调整地震作用 约束越强 地下室地震作用考虑越少 约束非常大时 相当于不考虑地下室地震作用C 若地下室约束刚度填负整数M 则对底部M层地下室的水平位移和扭转角作完全嵌固 从而也就完全不考虑底部M层的地震作用 M MBASE 地下室顶板 A B C 不同地下室侧向约束刚度比下的地震作用示意 地下室信息 扣除地面以下几层的回填土约束作用是人为指定从第几层地下室考虑基础回填土对结构的约束作用 对于地下室结构 回填土对结构的约束作用并不是一成不变的 而是随着深度的增加而增加 对于地下1层 这种约束作用一般较小 而到了地下2 3层 这种约束作用一般就比较大 此参数就是反映的这种情况 地下室侧向约束程度的变化 建模 占用网格数与节点数 围成房间导荷方式 这两种输入方式形成的次梁均可将楼板划分成双向或单向板 以双向或单向板的方式进行导荷 结构总荷载相同 但平面局部荷载会有差异 对于按次梁输入的次梁 先将楼面荷载传导到次梁上 该房间次梁如有相互交叉 对房间内次梁作交叉梁系分析 程序假定次梁简支于房间周边 房间周边的主梁承担由次梁围成的板块传来的线荷载和次梁集中力 次梁不同输入方式对计算结果的影响 空间作用 次梁按次梁输时 输入的次梁仅仅将其上所分配的荷载传递到主梁上次梁本身的刚度不代入空间计算中 即对结构的刚度 周期 位移等均不产生影响 次梁按主梁输时 输入的次梁本身的刚度参与到空间计算中 即对结构的刚度 周期 位移等均会产生影响 内力计算不同 次梁按次梁输时 次梁的内力按连续梁方式一次性计算完成 主梁是次梁的支座 次梁按主梁输时 程序不分主次梁 所有梁均为主梁 梁的内力计算按照空间交叉梁系方式进行分配 即根据节点的变形协调条件和各梁线刚度的大小进行计算 主梁和次梁之间没有严格的支座关系 配筋 按主梁输的次梁 对次梁不进行调幅 配筋时最小配筋率不受抗震等级控制 即次梁的最小配筋率按非抗震情况取 按次梁输入的次梁 可以在梁归并时 对主次梁一起归并 在SATWE配筋简图上可显示出其配筋 楼板刚度的特点 楼板刚度由面内刚度和面外刚度两部分组成面内刚度 膜剪切单元面外刚度 板弯曲单