多高层结构和设计

多高层结构分析和设计（2002年新规范）TAT、SATWE、PMSAP一、混凝土结构的新旧规范设计对比新规范在地震力、风力的计算中，做了较大调整，尤其是地震力的计算参数与旧规范有很大区别，所以在比较两者的配筋时，应尽量使设计参数一致。尽管这样，新旧规范在以下几方面是不同的：1。材料强度：混凝土，钢筋；2。保护层厚度：35改为30+12.5；3。柱长度系数对柱配筋的影响；4。剪力墙边缘构件对墙配筋的影响；5。梁剪扭配筋的改进对梁配筋的影响；6。柱双偏压计算配筋的改进和双剪配箍；7。地震力的内力调整；8。设计内力的调整；9。内力组合，如1.35恒+0.7*1.4活等；10。复杂高层结构的地震内力、设计内力调整等。另外一些新的条件和分析功能，如：1。P-△效应；2。特征周期增加0.05；3。风力计算增加了D类粗糙度；4。偶然偏心和双向地震；5。多方向地震；6。最小楼层剪力系数和薄弱层的调整。新旧规范对结构的刚度、楼层质量并没有调整，所以新旧规范计算出的结构周期、振型是相同的。但新规范的地震力计算与旧规范不同，所以新旧规范版的地震、风产生楼层位移会有增加。1.17层框架结构风位移：1.57%；地震位移：16.2%；剪力系数：15.76%；梁全楼配筋：4.6%；柱全楼配筋：15.1%。1.218层框架剪力墙结构风位移：-1.77%；地震位移：13.4%；剪力系数：9.81%；梁全楼配筋：14.4%；柱全楼配筋：17.9%。1.336层剪力墙结构风位移：-0.37%；地震位移：11.77%；剪力系数：6.06%；梁全楼配筋：5.3%。1.417层框支剪力墙结构风位移：3.53%；地震位移：10.34%；剪力系数：8.28%；梁全楼配筋：6.0%；柱全楼配筋：2.3%。二、新规范的地震控制和参数选择新规范对地震力计算改动较大，增加了楼层最小剪力系数的控制。2.15%偶然偏心对于高层建筑且是规则结构时选择，对不规则结构应选择“双向地震”，两者选其一，不要都选。偶然偏心按结构长度的5%考虑，程序以增加各层的地震扭矩的方式来计算偶然偏心下的楼层位移和构件内力。2.2双向地震双向地震一般只对不规则结构采用，并注意不要与“偶然偏心”同时用。由于双向地震是把另一方向地震内力的85%同时作用在结构上，这样在组合配筋时可认为有两个方向的地震同时作用，结构的配筋会增加约20%～30%。当采用双偏压计算柱配筋时，柱配筋面积会大幅度提高。一般设计可以遵循以下规则：1。当为规则结构时，考虑偶然偏心；2。当为一般不规则结构时，考虑扭转耦连；3。当为很不规则结构时，考虑双向地震。2.3多方向地震对于有斜交榀时，按新规范要求要计算该斜方向的地震。一般选择斜交榀方向，再增加一最不利地震方向。多方向地震与总信息中的结构转角是不同的：多方向地震只是对偶联振型的不同方向的投影，得到各方向的地震力，而风力并没有改变方向，所以多方向地震与风不对应，这也反映了一种结构的受力情况。结构转角产生的地震力与风力方向是对应的，但每次只能计算一组方向，所以当结构设计以地震为主时，应选择多方向地震。2.4周期比、剪重比和位移比新规范对结构的周期、位移和楼层剪力有明确要求，即周期比、最大层间位移和位移比、以及楼层最小剪力系数。周期比：是控制结构在大震时，扭转振型不应靠前，以减少 震害；最大层间位移：按规范要求取楼层竖向构件的最大杆间位移 为楼层控制层间位移；位移比：取楼层最大杆间位移与楼层平均杆间位移的比值， 位移比是控制结构的扭转效应；楼层最小剪力系数：按新规范要求，当地震力不满足楼层最 小剪力系数时，应对结构方案的合理性进行判断， 并调整方案，或由程序自动把基底剪力提高。当采用不同的刚度计算模型时，结构的周期比、位移比会有较大变化，这也是正常的，所以重要工程应用两种不同的计算模型进行分析、对比。对于复杂高层结构如：多塔结构，为了适应相应的周期比、剪重比和位移比，如没有方法分离各个塔的周期比、位移比和剪重比，一般需要切开独立分析，得到规范相应的控制比值，然后再用整体计算的方法分析。对于有空旷的、考虑楼板变形的、错层的结构，楼层位移和位移比规范没有规定，这时可仍以刚性楼板假定的方法来计算结构的位移，并求出位移比，以此作为结构变形控制、规则性控制的参考值。设计仍按原来有空旷的、考虑楼板变形的、错层的结构进行设计。2.5层刚度计算和层刚度比新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，所以刚度比的合理计算较为重要。新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，所以层刚度计算的准确性就比较重要。程序提供了三种计算方法： 1。楼层剪切刚度； 2。单层加单位力的楼层剪弯刚度； 3。楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度。

这三种计算方法有差异是正常的，可以根据需要选择。对于大多数一一般的结构应应选择第3种层刚度算法法；对于多层结构构可以选择第第1种层刚度算法法；对于有斜支撑撑的钢结构可可以选择第2种层刚度算法法。转换层结构按按照“高规””要求计算转转换层上下几几层的层刚度度比，一般取取转换层上下下等高的层数数计算。层刚度作为该该层是否为薄薄弱层的重要要指标之一，，对结构的薄薄弱层，规范范要求其地震震剪力放大1.15，这里程序将将由用户自行行控制。三、考虑P-△效应与柱长度度系数新规范对重力力二阶效应做做了明确的要要求，程序采采用精确的弹弹性分析法，，以解决二阶阶效应问题。。由于二阶效效应计算较为为复杂，新规规范又给出了了两种不同的的简化算法，，因此对柱的的计算长度系系数就有三套套，分别得到到不同的计算算长度系数，，这对柱的配配筋也有影响响。1。考虑P-⊿效应，柱长度度系数仍按要要求计算；2。按现浇楼板板施工，考虑虑柱长度系数数为1、1.25；3。按新规范梁梁柱刚度比，，计算柱长度度系数，>1、>1.25。第三种方法在在结构复杂且且又斜交梁时时，采用简化化的投影方法法，并没有考考虑斜支撑的的作用。3.1考虑P-△效应的原则对于混凝土结结构一般不需需要考虑P-△效应，但对于于高层特别是是超高层结构构、钢结构应应考虑P-△效应。P-△效应的计算原原则是考虑竖竖向力在水平平力作用下产产生的附加弯弯矩影响。或或者说是一种种特殊的几何何非线性问题题。3.2柱长度系数的的取值柱长度系数是是反应柱整体体稳定性的参参数，就是柱柱的P-△效应，它对柱柱的配筋有较较大影响。软件提供三种种长度系数取取值：1。底层为1，其它层1.25；2。各层采用混混凝土规范第第7-3-11之3条的梁柱刚度度比计算的长长度系数；3。考虑P-△效应，此时各各层长度系数数取1。3.3柱长度系数讨讨论1。考虑P-△效应而柱长度度系数仍按要要求计算，不不考虑P-△效应而取计算算的长度系数数，两者对钢钢柱影响较大大，对混凝土土结构一般影影响不大。2。柱长度系数按梁梁柱线刚度比比计算，计算算公式有局限限，它不能准准确地反映任任意情况，如如：斜交、越越层、带支撑撑等，所以对对计算的柱长长度系数应分分析、修正。。3。对与剪力墙墙相连的边框框柱，取长度度系数为0.75；4。当选择了P-△效应，柱配筋筋仍然考虑偏偏心矩放大系系数。四、调整系数数新规范有三类类调整系数，，1。地震力调整整系数；2。设计内力调调整系数；3。其它调整系系数。调整系系数大多为放放大系数。4.1地震力放大系系数1。对于层刚度度比不满足规规范要求的，，即薄弱层的的地震内力需乘以1.15的放大系数；；2。对于楼层剪剪力不满足规规范要求的，，需把地震力力调整到规范要求的值，，即需乘以一一放大系数；；3。对框架剪力力墙结构，需需做0.2Qo的层剪力比较较，然后再调整各层框架架的地震内力力；4。对于顶部小小塔楼，程序序设置了地震震力放大系数数；5。对于框支托托梁，规范规规定了相应的的放大系数1.8、1.5、1.25等；6。对框支柱，，地震轴力需需乘以放大系系数1.8、1.5、1.2。4.2设计内力调整整系数1。对不同抗震震等级的梁、、连梁，按规规范乘以相应应的剪力放大系数；2。不同抗震等等级的柱、角角柱、框支柱柱，按规范乘乘以相应的剪力放大系数数、弯矩放大大系数；3。对不同抗震震等级的剪力力墙，按规范范乘以相应的的剪力放大系数、弯矩放放大系数，对对短肢剪力墙墙结构，还应应再乘以相应的剪力放放大系数；4。梁设计弯矩矩放大系数；；5。梁设计扭矩矩折减系数；；6。结构重要性性系数。4.3其它调整系数数1。梁活荷载折折减系数（在在PM导荷载中）；；2。柱墙活荷载载折减系数；；3。传基础的活活荷载折减系系数；4。梁恒、活负负弯矩调幅系系数；5。梁扭转刚度度折减系数；；6。温度应力折折减系数。注意：1中的梁活荷载载调整系数，，不要与2中的柱墙活荷荷载调整系数同时时用五、地下室、、人防的设计计分析使用SATWE对地下室、人人防的正确分分析和设计。。5.1地下室的刚度和分分析1。地下室一般与上上部结构共同分析析；2。地下室能否与上上部结构分开独立立计算，取决于地地下室的层刚度，当地下室室层刚度大于上部部层刚度的2倍时，地下室与上部结构可可以分开计算，否否则应共同计算；；3。当地下室与上部部结构共同分析时时，地下室回填土土的约束作用用增加地下室室层刚度的方法模模拟，即程序中所所提到的相对刚度，一一般取3；4。当定义了地下室室后，侧向不论有有无约束，风力的的计算都按有地下室考虑虑，即在计算高度度系数时，扣除地地下室的高度；5。相对约束刚度如如果选择：A。取0，则表示外围对地地下室没有约束，，此时地震的计算与没有设地地下室一样；B。取小于0，如-3，则表示地下室的的侧向位移被完全嵌固；C。取有限值，如3，则表示侧向约束束产生的刚度是地下室层刚度的3倍。6。地下室与上部结结构共同分析是一一种更合理的分析析方法，共同分析使上上部结构的轴力、、弯矩可以传给地地下室结构，而剪力可可以根据需要传递递。5.2地下室和人防的设设计1。设计参数分第1层和其他层，对最最下一层的地下室室其设计调整系数按第1层的系数取用，其其他层地下室按其其他层系数取用，±0层按第1层系数取用，±0以上层按其他层系系数取用；2。地下室考虑侧向向土压力和水压力力，此时土、水压压力按：qs=hswsγqw=hw三角形作用形式其中：hs、hw----为土、水的深度；；ws----为土的容重；γ----为土的侧压力系数数当土、水同时作用用时，还要减去水水的浮力。3。对有人防的内外外临空墙，还有侧侧向人防荷载。人人防侧向荷载与侧向土、水水压力综合为一个个侧向均布力，对对外墙和临空墙作剪力墙平平面外的水平、竖竖向分布筋的配筋筋；4。人防的竖向力按按活荷载分布规律律分布，并作用在在梁墙上，所以结构必须计算算活荷载；5。人防设计只考虑虑人防层及以下层层，人防以上层不不考虑。六、剪力墙结构与与边缘构件新规范对剪力墙的的配筋方式做了重重大改进，剪力墙墙的配筋是根据墙墙的轴压比，先确确定配箍特征值，，再确定边缘构件件的尺寸，在计算算剪力墙的主筋时时，采用一字形剪剪力墙的墙肢，进进行配筋，然后再再与边缘构件的节节点叠加，产生边边缘构件的配筋面面积，并与边缘构构件的构造相比取取大。所以，新规范剪力力墙的配筋与旧规规范有很大差别。。对一级、特一级的的剪力墙，配筋采采用的弯矩是底层层墙底的设计弯矩矩，所以当剪力墙墙是一级、特一级级时，配筋要比旧旧规范大的多。6.1加强区与边缘构件件1。在加强区及以上上一层为约束边缘缘构件；2。加强区的设计调调整系数与非加强强区不同；3。地下室程序自动动认为是加强区；；4。有地下室时，程程序自动扣除地下下室的高度计算加加强区；5。“高规”规定加强区都为约约束边缘构件，““抗震规范”在加强区是否为约束束边缘构件由轴压压比控制，程序由由参数控制；6。剪力墙单肢轴压压比，按1.2倍重力荷载代表值值计算；7。加强区的确定有有局限，应按需要要定义；8。短肢剪力墙需特特殊定义；9。短肢剪力墙仍需需符合框剪结构50%倾覆弯矩的要求；；10。短肢墙的抗震等等级需提高一级，，并乘以相应的剪剪力设计调整系数。6.2剪力墙边缘构件的的设计1。剪力墙按单肢墙墙端部计算配筋，，按边缘构件设计计配筋；2。当墙肢长度小于于3倍的厚度时，按柱柱配筋，此时水平平筋可以理解为箍筋，，但注意轴压比仍仍按墙计算；3。边缘构件的合并并原则与(2)类似；4。边框柱作为剪力力墙的一部分与墙墙共同工作，边框框柱按柱配筋作为参考，轴轴压比也仅为参考考，视具体情况而而定；5。边缘构件的配筋筋，尤其是L形端部，有时配筋筋过大，可以考虑钢筋的共用用，如考虑翼缘的的作用，两个方向向的配筋可以取大值，至至少可以减去中间间部分的钢筋面积积；6。边缘构件中的箍箍筋按构造要求配配置，尤其是一、、二级抗震等级的边缘构件件；7。边缘构构件的配配筋应参参考边缘缘构件配配筋简图图，而在在单肢墙墙配筋简图图中输出出实际需需要的配配筋面积积，小于于0取0，水平分布筋仍仍在单肢肢墙配筋筋简图中中输出、、参考。。七、框架架结构分分析1。注意柱柱长度系系数的计计算方法法和选取取；2。注意柱柱配筋单单、双偏偏压的选选取，一一般以单单偏压配配筋，双双偏压验算算为好，，因为双双偏压是是多解，，即配筋筋量、配配筋形式不唯一一；3。梁、柱柱保护层层厚度按按规范取取用，程程序内部部加12.5；4。对大截截面柱，，可以考考虑梁柱柱重叠部部分为刚刚域；5。一般均均可以考考虑梁刚刚度放大大、梁扭扭矩折减减，以考考虑楼板板的影响；；6。对常规规的框架架结构可可以选用用简化的的薄弱层层分析，，即“十十二层以下下框架的的薄弱层层计算””，控制制结构的的塑性位位移；对于有错错层、多多塔、大大面积开开洞、斜斜柱斜梁梁、异形形柱、钢结构、、带剪力力墙等等等结构，，均不能能计算薄薄弱层和和塑性位移；7。对不同同层嵌固固柱、不不等高嵌嵌固柱，，程序提提供了““与基础础相连的最最高层号号”和修修改柱计计算长度度两种方方法；8。梁调幅幅按一完完整的柱柱梁进行行，次梁梁只能在在本跨内内调幅，，负弯矩向向下调幅幅后，跨跨中正弯弯矩自动动增加；；9。梁跨中中正弯矩矩的设计计内力，，不小于于简支梁梁跨中正正弯矩的的1/2，此时设设计弯矩矩组合号号为0；10。梁的弹弹性挠度度一般以以主梁为为准，次次梁挠度度仅为参参考；11。对异形形柱自动动按双偏偏压计算算配筋，，按双剪剪计算箍箍筋；12。双偏压压验算柱柱配筋，，需先做做柱钢筋筋归并；；13。恒载计计算一般般应选择择“模拟拟施工1”，也可以以选择““一次性性加载””；14。对于短短柱，轴轴压比从从严0.5-0.1；15。当结构构分析不不考虑地地震时，，柱轴压压比按1.05限值。八、框剪剪结构分分析1。一般框框剪结构构恒载计计算应选选择“模模拟施工工1”；2。按“高高规”有有0.2Qo的调整，，此时程程序自动动放大梁梁柱的地地震弯矩和和剪力；；3。框架部部分底层层倾覆弯弯矩，应应满足大大于50%的规范要要求，否则应按按框架结结构分析析；4。对框剪剪结构，，程序自自动把轴轴压比放放松0.05；5。对一端端与柱一一端与墙墙相连的的梁，也也可以按按连梁设设计；6。可以选选择“模模拟施工工2”用于传基基础力；；7。一些内内筒外框框、筒中中筒等结结构，程程序也认认为是框框架剪力力墙结构，，所以也也要符合合框剪结结构的要要求；8。对框筒筒结构，，由于结结构的扭扭转刚度度都集中中在内筒筒，所以以结构扭转转周期往往往靠前前；不满满足“高高规”周周期比的的要求；；9。对周期期比不满满足要求求的结构构，应增增加结构构外部的的刚度如：在角角部加剪剪力墙等等；10。对于0.2Qo调整，一一般在底底部几层层进行，，尤其对对有内收收的结构，，一般只只调整到到内收层层为止，，或按““高规””分别调整；11。对框架架支撑体体系的钢钢结构，，可以认认为属于于框剪结结构，所以按““高钢规规”，有有25%Qo的调整要要求。九、复杂杂高层结结构分析析对各种多多塔、错错层、转转换层等等结构，，“高规规”专门门定义为为复杂高层层结构，，9.1转换层结结构并对框支支柱、托托梁的地地震内力力定义了了明确的的调整系系数，而而且设计计内力也也做了相相应的调调整。影影响框支支柱、托托梁的主主要因素素有以下下几方面面：1。0.2Qo的基底剪剪力调整整；2。对2层或3层以上上转换换的框框支柱柱的调调整，，分别别为10根框支支柱按每根根2%Qo、3%Qo，10根以上上按框框支柱柱总和和的20%；3。薄弱弱层地地震内内力的的调整整，如如需要要内力力方大大1.15；4。框支支托梁梁地震震内力力的无无条件件放大大，有有：1.8，1.5，1.25；5。框支支柱设设计内内力调调整。。转换层层结构构有多多种形形式，，如：：行架架转换换、厚厚板转转换，，最常常见的的是框框支转转换。。转换换层最最大的的问题题是：：1。受力力、传传力不不是很很明确确；2。分析析、设设计手手段不不太多多；3。规范范的构构造、、参数数等不不能含含盖所所有的的转换换层结结构；；所以转转换层层结构构应用用多个个程序序、多多种手手段分分析；；9.2多塔、、错层层结构构1。为了了明确确控制制结构构的周周期比比、剪剪重比比和位位移比比，对对多塔塔结构最最好分分开计计算，，保证证设计计的安安全；；2。对多多塔、、错层层结构构应取取足够够多的的振型型数，，并应应特别别注意意相关参参数，，如：：有效效质量量系数数，剪剪重比比等；；3。对大大面积积错层层结构构，错错层部部位应应按两两层输输入，，如层层错只只是小部部分，，则可可用层层间梁梁或不不考虑虑等方方法；；4。关注注错层层柱、、墙的的局部部加强强。十、多多、高高层钢钢结构构分析析新的抗抗震规规范第第8章，对对多高高层钢钢结构构及设设计有有明确确要求求。10.1钢结构构的分分析与与设计计原则则1。除了了特殊殊的、、平面面作用用明显显的结结构外外，一一般钢钢结构构应采采用空间间分析析；2。钢柱柱的长长度系系数按按梁柱柱刚度度比确确定，，但有有局限限性，，所以以程序设设定了了人工工调整整，考考虑P-△△效应后后长度度系数数仍应应按要求计计算；；3。一般般钢结结构应应取有有侧移移设计计，对对层间间位移移小于于1/1000的结构，，可以以按无无侧移移设计计；4。抗震震规范范第8章，对对柱、、支撑撑、梁梁其长长细比比、高高厚比比、宽厚比比是强强制性性规定定，所所以必必须满满足；；5。材料料强度度与截截面的的厚度度，但但极限限强度度fay与厚度度无关关；6。设计计应满满足基基本的的强度度应力力、稳稳定应应力要要求；；7。一些些特殊殊的验验算，，目前前程序序已暂暂时关关闭。。10.2特殊情情况的的处理理1。越层层柱、、支撑撑的输输入，，需节节点对对位，，支撑撑应注注意铰铰接的的修正；；2。交叉叉支撑撑的输输入，，计算算时支支撑的的计算算长度度、长长细比比等，，程序没没有按按中间间有节节点处处理，，所以以需自自行修修正；；3。对高高层钢钢结构构，TAT在特殊殊支撑撑中，，可以以定义义：中中心支支撑的种种类，，程序序对不不同的的中心心支撑撑乘以以不同同的放放大系系数；4。按中中心支支撑、、偏心心支撑撑控制制限值值；5。对钢钢柱考考虑0.6的轴压压比限限值；；6。对钢钢角柱柱、框框支柱柱、托托