KM讲义之设计规范要求在软件中的实现及设计参数的合理确定

设计规范要求在软件中的实现及设计参数的合理确定内容恒载计算活载计算风荷载计算地震作用计算地震作用调整设计内力调整作用效应组合荷载取值模拟施工加载计算施工加载1施工加载21.恒载计算

1.1施工加载过程1.2模拟施工加载的机理在竖向恒载作用下，结构变形基本上是在施工过程中逐层形成的。逐层形成结构刚度；逐层找平；逐层加荷载。在逐层施工过程中，基础发生不均匀沉降。恒载作用下结构变形形成示意图

恒载作用下结构变形形成近似示意图模拟施工加载1的计算简图

1.3模拟施工加载1考虑了从下往上依次施工和逐层找平因素的影响；未考虑结构地基的不均匀沉降；若结构地基无不均匀沉降，模拟施工加载1能较准确地反映结构的实际受力状态；若结构地基有不均匀沉降，上述分析结果会存在一定的误差，尤其对于框剪结构，外围框架柱受力偏小。1.4模拟施工加载2考虑在模拟施工加载1的基础上，近似考虑基础的不均匀沉降：

（1）假定基础的刚度是均匀的； （2）竖向构件的轴向刚度放大10倍，间接减小竖 向变形差。“模拟施工加载2”在理论上并不严密，是一种经验上的处理方法，但这种经验上的处理，会使地基有不均匀沉降的结构的分析结果更合理，能更好地反映这类结构的实际受力状态。上海环球金融融中心（101层）上海国际金融融中心高101层巨型柱巨型支撑带状桁架伸臂桁架转换桁架核心筒墙内的的钢支撑核心筒体系(-3-91层）下部和中部核核心筒的交接接转换（57-63层））巨型支撑（7-18层））巨型支撑（19-30层层）巨型支撑（78-93层层）顶部连接内筒和外外柱的伸臂桁桁架和带状桁桁架活载作用随机机性的模拟活载作用的加加载方式活载作用的折折减2.活载计算3.风荷载计算风压标准值计计算2.1振型系数按新荷载规范范7.4.5条，采用条文文说明中的公公式计算：该公式是以高高层建筑为主主，且结构以以弯剪型变形形为主的振型型系数计算公公式。2.2结构基本自振振周期脉动增大系数数ξ与结构的基本本周期有关（（woT12）。结构的基本周周期可采用结结构力学方法法计算，对于于比较规则的的结构，也可可以采用近似似方法计算：：框架结构T=（0.08-1.00）N框剪结构、框框筒结构T=（0.06-0.08）N剪力墙结构、、筒中筒结构构T=（0.05-0.06）N其中N为结构层数。。也可采用结构构分析得到的的结构第1平动周期。2.3风作作用的编辑修修改文本文件修改改图形修改4.地震作作用计算有效质量系数数扭转耦联双向地震扭转转效应偶然偏心多方向水平地地震作用抗震规范第5.2.2条规定抗震计计算时，不进进行扭转耦联联计算的结构构，水平地震震作用标准值值的效应，可可只取前2～3个振型，当基本自自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于于5时，振型个数应适适当增加。其条文文说明中还指出为为使高柔建筑的分分析精度有所改进进，其组合的振型型个数适当增加。。振型个数一般可可以取振型参与质质量达到总质量的的90%所需的振型数。高规5.1.13-2条规定，抗震计算算时，宜考虑平扭扭耦联计算结构的的扭转效应，振型型数不应小于15，对多塔结构的振振型数不应小于塔塔楼数的9倍，且计算振型数数应使振型参与质质量不小于总质量量的90%。4.1有效质量量系数WILSONE.L.教授提出了振型有有效质量系数的概概念，用于判断参参与振型数足够与与否。有效质量因子的含含义解释。程序自动计算该参参数并输出。TAT输出在“TAT-4.OUT”文件中，SATWE输出在“WZQ.OUT””文件中，PMSAP则输出在“工程名名.ABS”文件中。4.2扭转耦联联对于多层和高层建建筑，建议都考虑虑扭转耦联。新高规3.3.4条规定，质量、刚刚度不对称、不均均匀的结构，以及及高度超过100m的高层建筑结构应应采用考虑扭转耦耦联振动影响的振振型分解反应谱法法。新抗震规范5.2.3条规定，规则结构构不进行扭转耦连连计算时，平行于于地震作用方向的的两个边榀，其地地震作用效应应乘乘增大系数。对于非耦联情况，89规范版采用简化刚刚度计算；新规范版改为采用用真实刚度计算。。非耦联耦联4.3双向地地震作用新抗震规范5.1.1条规定，质量和刚刚度分布明显不对对称的结构，应计计入双向地震作用用下的扭转影响。。一般情况，可根据据不考虑偶然偏心心的楼层最大位移移与平均位移比判判断:A级>1.2，B级>1.25.2.3条给出的双向地震震作用计算公式如如下双向地震作用计算算原则双向地震作用计算算示例单方向X方向Mxx=100Mxy=50Nx=100Y方向Myx=50Myy=100Ny=100双方向X`方向Mxx`=109Mxy`=50Nx`=131Y`方向Myx`=50Myy`=109Ny`=1314.4偶然偏心心新高规3.3.3条规定，计算地震震作用时，应考虑虑偶然偏心的影响响，附加偏心距可可取与地震作用方方向垂直的建筑物物边长的5%。从理论上讲，各个个楼层的质心都可可以在各自不同的的方向出现偶然偏偏心，程序中只考考虑四种最不利偏偏心方式：X正向偏心5%、X负向偏心5%Y正向偏心5%、Y负向偏心5%偶然偏心计算方法法考虑偶然偏心的计计算。结构分析涉涉及的因素有：刚度、质量、周期期、振型、地震作作用、位移、内力力方法1（TBSA）：刚度、质量、周期、振型型、地震作用、位位移、内力方法2（SATWE、TAT、PMSAP）：刚度、质量、周期期、振型、地震作用、位移、、内力实例：偶然偏心心对构件内力的影影响构件标准内力对比比(FRAM1第8层)梁支座弯矩比∶1.16(2)1.01(24)AVER=1.06梁剪力比∶∶1.16(2)1.01(24)AVER=1.06柱剪力Vx比∶1.17(23)1.01(6)AVER=1.06柱剪力Vy比∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07柱轴力N比∶1.09(20)1.02(2)AVER=1.05柱底弯矩Mx比∶∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07柱底弯矩My比∶∶1.16(23)1.01(6)AVER=1.06柱顶弯矩Mx比∶∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07柱顶弯矩My比∶∶1.17(24)1.01(2)AVER=1.07偶然偏心对配筋（（平均）的影响柱柱梁梁15层框剪11.9%2.3%13层框剪(PJ2) 0.4%1.7%33层框支0.8%8层框架7.7% 3.9%21层框剪0.9%1.2%19层框剪1.3%1.2%18层框剪0.7%3.0%偶然偏心对最大位位移比的影响（最最大/平均）不考虑考考虑虑增增加15层框剪1.201.318.11%13层框剪(PJ2)1.821.956.99%33层框支1.051.530.32%8层框架1.762.3926.22%19层框剪1.571.7510.04%18层框剪1.432.0329.16%偶然偏向与双向地地震作用的关系高规3.3.1条的条文说明：当计算双向地震作作用时，可不考虑虑质量偶然偏心的的影响抗震规范5.2.5条的条文说明：如果考虑(双向地震)扭转耦联影响的地地震作用效应小于于考虑偶然偏心引引起的地震作用效效应时，应取后者者以策安全，但二二者不叠加计算。。4.5多方向水平地震作作用规范条文抗震规范5.1.1条规定,有斜交抗侧力构件件的结构,当相交角度大于15度时,应分别计算各抗侧侧力构件方向的水水平地震作用。程序实现针对这一条，程序序增加了自动计算算多方向水平地震震作用的功能。用用户可以根据需要要指定多个（最多多允许12个）地震作用方向向，程序对每一地地震方向进行地震震反应谱分析，计计算相应的构件内内力。在构件设计计阶段，也将考虑虑每一方向地震作作用下构件内力的的组合，这样不至至于漏掉最不利情情形，保证了结构构设计的安全。无斜交抗侧力结构构无斜交抗侧力结构构有斜交抗侧力结构构有斜交抗侧力结构构5.地震作用调整最小地震剪力调整整0.2Qo调整边榀地震作作用效应调调整竖向不规则则结构地震震作用效应应调整转换梁地震震作用下的的内力调整整框支柱地震震作用下的的内力调整整板柱—抗震墙结构构地震作用用调整5.1最小地震剪剪力调整新规范5.2.5条规定，抗抗震验算时时，结构任任一楼层的的水平地震震的剪重比比不应小于于表5.2.5给出的最小小地震剪力力系数λ。对于竖向不不规则结构构的薄弱层层，尚应乘乘以1.15的增大系数数。类别7度7.5度8度8.5度9度扭转效应明显或基本周期小于3.5s1.62.43.24.86.4基本周期大于5.0s1.2

1.82.43.24.0基本周期介于3.5s和5.0s之间的结构，可插入取值。最小地震剪剪力调整软件实现：：设置控制开开关，设设计人员可可以干预；；仅调整内力力，而且调调整后的内内力不平衡衡。5.20.2Qo调整抗震规范6.2.13条规定，侧侧向刚度沿沿竖向分布布基本均匀匀的框—剪结构，任任一层框架架部分的地地震剪力，，不应小于于结构底部部总地震剪剪力Vo的20%和按框—剪结构分析析的框架部部分各楼层层地震剪力力中最大值值Vfmax的1.5倍二者的较较小值。高规8.1.4条（分段0.2Qo调整）：对框架柱数数量从下到到上有规律律变化的结结构，Vo应取每段最最下一层结构对对应地震作作用标准值值的结构底底部总剪力力。SATWE程序0.2Q0调调整系数的的修改用户在工作作目录建立立文本文件件SATINPUT.02Q该文件格式式如下：ISTCxCyISTCxCy………..ISTCxCy比如：21.51.8指指定第第2层x、、y方向的的调整系数数62.01.271.21.2SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数5.3边边榀地震作作用效应调调整新规范5.2.3条规定，规规则结构不不进行扭转转耦连计算算时，平行行于地震作作用方向的的两个边榀榀，其地震震作用效应应应乘增大大系数。一般情况下下，短边可可按1.15采用，长边边可按1.05采用；当当扭转刚刚度较小小时，宜宜按不小小于1.3采用。软件未执执行这一一条规定定。可通过考考虑扭转转耦连来来避开这这一条规规定。5.4竖竖向不不规则结结构地震震作用效效应调整整新规范3.4.3条规定，，竖向不不规则的的建筑结结构，其其薄弱层层的地震震剪力应应乘以1.15的增大系系数。新高规5.1.14条规定，，楼层侧侧向刚度度小于上上层的70%或其上三三层平均均值的80%时，该楼楼层地震震剪力应应乘1.15增大系数数。软件要求求在参数数定义菜菜单指定定薄弱层层。5.5转转换梁梁地震作作用下的的内力调调整新规范3.4.3条规定，，竖向不不规则的的建筑结结构，竖竖向抗侧侧力构件件不连续续时，该该构件传传递给水水平转换换构件的的地震内内力应乘乘以1.25-1.5的增大系系数。新高规10.2.23条规定，，转换梁梁在特一一级和一一、二级级抗震设设计时，，其地震震作用下下的内力力分别放放大1.8、1.5、1.25倍。软件要求求在“特殊殊构件定定义”中中定义转转换梁。。5.6框支柱地地震作用用下的内内力调整整新高规10.2.7条规定，，框支柱柱数目不不多于10根时:当框支层层为1—2层时各层层每根柱柱所受的的剪力应应至少取取基底剪剪力的2%； 当框框支层为为3层及3层以上时时，各层层每根柱柱所受的的剪力应应至少取取基底剪剪力的3%。；框支柱数数目多于于10根时，当当框支层层为1—2层时每层层框支柱柱所承受受剪力之之和应取取基底剪剪力20%，当框支支层为3层及3层以上时时，每层层框支柱柱所承受受剪力之之和应取取基底剪剪力30%。框支柱剪剪力调整整后，应应相应调调整框支支柱的弯弯矩及柱柱端梁的的剪力、、弯矩，，框支柱柱的轴力力可不调调整。框支柱地地震作用用下的内内力调整整软件要求求在“特殊殊构件定定义”中中定义框支柱。由于调整整系数往往往很大大，为了了避免异异常情况况，程序序给出一一个控制制开关，，由设计计人员决决定是否否对与框框支柱相相连的框框架梁的的弯矩、、剪力进进行相应应调整。。5.7板板柱—抗震震墙结构构地震作作用调整整新抗震规规范第6.6.5条规定，，板柱—抗震墙结构的抗震墙，应承担担结构的的全部地地震作用用，各层层板柱部部分应满满足计算算要求，，并应能能承担不不少于各各层地震震作用的的20%。软件按要要求进行行调整。。6.设计内力力调整梁设计剪剪力调整整柱设计内内力调整整剪力墙设设计内力力调整9度或一级级框架结结构构件的抗抗震等级级6.1梁设计剪剪力调整整抗震规范范第6.2.4条和高高规第6.2.5、7.2.21条条规定，，抗震设设计时，，特一、、一、二二、三级级的框架架梁和抗抗震墙中中高跨比比大于2.5的的连梁，，其梁端端截面的的组合设设计剪力力值应调调整。抗震等级框架梁连梁特一1.561.3一1.3/1.2711.3/1.271二1.2/1.051.2/1.05三1.1/1.01.1/1.06.2柱设计内内力调整整为了体现现抗震设设计中强强柱弱梁梁概念设设计的要要求，抗抗震规范范第6.2.2、6.2.3、6.2.6、6.2.10条和和高规第第4.9.2条条规定，，抗震设设计时，，特一、、一、二二、三级级的框架架柱、框框架结构构的底层层柱下端端截面、、角柱、、框支柱柱的组合合设计内内力值应应调整。。抗震等级特一一二三框架柱M1.681.4/1.331.2/1.11.1Q2.82241.96/1.461.44/1.211.21框架结构底层柱底M1.8-1.251.15Q3.024-1.51.265角柱M1.8481.541.321.21Q3.1052.1561.5841.331框架结构底层角柱底M1.98-1.3751.265Q3.326-1.651.392框支柱M1.81.51.25-Q3.0242.11.5-6.3剪力墙设设计内力力调整高规第7.2.10、、10.2.14、、4.9.2条条规定，，抗震设设计时，，特一、、一、二二、三级级的剪力力墙底部部加强区区和非加加强区截截面组合合的设计计内力值值应调整整。

抗震等级底部加强区非加强区一般墙M框支落地墙MQMQ特一1.11.81.91.31.2一1.01.51.6/1.331.21.2二1.01.251.4/1.1

1.01.0三1.01.01.2/1.01.01.06.49度或一一级框架架结构（1）对于9度设防烈烈度的各各类框架架和一级级抗震等等级的框框架结构构，框架架梁和连连梁端部部剪力调调整、柱柱端部弯弯矩和剪剪力调整整应按实实配钢筋筋和材料料强度标标准值来来计算。。程序根据据用户输输入的超超配系数数ηAs，并取钢筋筋超强系系数为1.1。按新抗震震规范第第6.2.4条、新高高规第7.2.22条计算框框架梁和和连梁端端部剪力力调整系系数ηV=1.1*1.1*ηηAs9度或一一级框架架结构（2）按新抗震震规范第第6.2.3条，柱端端部弯矩矩调整系系数：ηmc=1.2*1.1ηAs柱端部剪剪力调整系系数ηvc按抗震规规范第255页公式近近似计算算，其中中近似取取轴压比比λN=0.4：ηvc=1.2*[0.15+0.7*(0.4762+ηAs)]ηmc=1.584*[0.15+0.7*(0.4762+ηAs)]ηAsηAs=1.101.151.20η