作用效应的计算与调整

关于作用效应的计算与调整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第2页,共70页，2024年2月25日，星期天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

第3页,共70页，2024年2月25日，星期天1.1施工加载过程第4页,共70页，2024年2月25日，星期天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。第5页,共70页，2024年2月25日，星期天恒载作用下结构变形形成示意图

第6页,共70页，2024年2月25日，星期天恒载作用下结构变形形成近似示意图第7页,共70页，2024年2月25日，星期天模拟施工加载1的计算简图

第8页,共70页，2024年2月25日，星期天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。第9页,共70页，2024年2月25日，星期天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。第10页,共70页，2024年2月25日，星期天上海环球金融中心（101层）第11页,共70页，2024年2月25日，星期天上海国际金融中心高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钢支撑第12页,共70页，2024年2月25日，星期天核心筒体系(-3-91层）第13页,共70页，2024年2月25日，星期天巨型支撑（19-30层）第14页,共70页，2024年2月25日，星期天顶部第15页,共70页，2024年2月25日，星期天连接内筒和外柱的伸臂桁架和带状桁架第16页,共70页，2024年2月25日，星期天第17页,共70页，2024年2月25日，星期天活载作用随机性的模拟活载作用的加载方式活载作用的折减2.活载计算

第18页,共70页，2024年2月25日，星期天3.风荷载计算

第19页,共70页，2024年2月25日，星期天第20页,共70页，2024年2月25日，星期天

风压标准值计算第21页,共70页，2024年2月25日，星期天 2.1振型系数按新荷载规范7.4.5条，采用条文说明中的公式计算：该公式是以高层建筑为主，且结构以弯剪型变形为主的振型系数计算公式。第22页,共70页，2024年2月25日，星期天2.2结构基本自振周期脉动增大系数ξ与结构的基本周期有关（woT12）。结构的基本周期可采用结构力学方法计算，对于比较规则的结构，也可以采用近似方法计算：框架结构 T=（0.08-1.00）N框剪结构、框筒结构 T=（0.06-0.08）N剪力墙结构、筒中筒结构T=（0.05-0.06）N

其中N为结构层数。也可采用结构分析得到的结构第1平动周期。第23页,共70页，2024年2月25日，星期天2.3风作用的编辑修改文本文件修改图形修改第24页,共70页，2024年2月25日，星期天4.地震作用计算有效质量系数扭转耦联双向地震扭转效应偶然偏心多方向水平地震作用第25页,共70页，2024年2月25日，星期天抗震规范第5.2.2条规定抗震计算时，不进行扭转耦联计算的结构，水平地震作用标准值的效应，可只取前2～3个振型，当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时，振型个数应适当增加。其条文说明中还指出为使高柔建筑的分析精度有所改进，其组合的振型个数适当增加。振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数。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%。4.1有效质量系数第26页,共70页，2024年2月25日，星期天WILSONE.L.教授提出了振型有效质量系数的概念，用于判断参与振型数足够与否。有效质量因子的含义解释。

程序自动计算该参数并输出。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.ABS”文件中。第27页,共70页，2024年2月25日，星期天4.2扭转耦联对于多层和高层建筑，建议都考虑扭转耦联。新高规3.3.4条规定，质量、刚度不对称、不均匀的结构，以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。新抗震规范5.2.3条规定，规则结构不进行扭转耦连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘增大系数。第28页,共70页，2024年2月25日，星期天对于非耦联情况，89规范版采用简化刚度计算；新规范版改为采用真实刚度计算。非耦联

耦联第29页,共70页，2024年2月25日，星期天

4.3双向地震作用新抗震规范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。一般情况，可根据不考虑偶然偏心的楼层最大位移与平均位移比判断: A级>1.2，B级>1.25.2.3条给出的双向地震作用计算公式如下第30页,共70页，2024年2月25日，星期天

双向地震作用计算原则第31页,共70页，2024年2月25日，星期天

双向地震作用计算示例单方向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`=131第32页,共70页，2024年2月25日，星期天第33页,共70页，2024年2月25日，星期天第34页,共70页，2024年2月25日，星期天

4.4偶然偏心新高规3.3.3条规定，计算地震作用时，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%。从理论上讲，各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶然偏心，程序中只考虑四种最不利偏心方式：

X正向偏心5%、X负向偏心5% Y正向偏心5%、Y负向偏心5%第35页,共70页，2024年2月25日，星期天第36页,共70页，2024年2月25日，星期天

偶然偏心计算方法考虑偶然偏心的计算。结构分析涉及的因素有：刚度、质量、周期、振型、地震作用、位移、内力方法1（TBSA）：刚度、质量、周期、振型、地震作用、位移、内力方法2（SATWE、TAT、PMSAP）：刚度、质量、周期、振型、地震作用、位移、内力第37页,共70页，2024年2月25日，星期天

实例：偶然偏心对构件内力的影响

构件标准内力对比(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第38页,共70页，2024年2月25日，星期天

偶然偏心对配筋（平均）的影响

柱梁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%第39页,共70页，2024年2月25日，星期天

偶然偏心对最大位移比的影响（最大/平均）

不考虑考虑增加15层框剪1.20

1.31

8.11%13层框剪(PJ2)1.821.95

6.99%33层框支1.051.530.32%8层框架1.762.3926.22%19层框剪1.57

1.75

10.04%18层框剪1.432.0329.16%第40页,共70页，2024年2月25日，星期天偶然偏向与双向地震作用的关系高规3.3.1条的条文说明：当计算双向地震作用时，可不考虑质量偶然偏心的影响抗震规范5.2.5条的条文说明： 如果考虑(双向地震)扭转耦联影响的地震作用效应小于考虑偶然偏心引起的地震作用效应时，应取后者以策安全，但二者不叠加计算。第41页,共70页，2024年2月25日，星期天4.5

多方向水平地震作用

规范条文抗震规范5.1.1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。

程序实现针对这一条，程序增加了自动计算多方向水平地震作用的功能。用户可以根据需要指定多个（最多允许12个）地震作用方向，程序对每一地震方向进行地震反应谱分析，计算相应的构件内力。在构件设计阶段，也将考虑每一方向地震作用下构件内力的组合，这样不至于漏掉最不利情形，保证了结构设计的安全。第42页,共70页，2024年2月25日，星期天第43页,共70页，2024年2月25日，星期天无斜交抗侧力结构第44页,共70页，2024年2月25日，星期天无斜交抗侧力结构第45页,共70页，2024年2月25日，星期天有斜交抗侧力结构第46页,共70页，2024年2月25日，星期天有斜交抗侧力结构第47页,共70页，2024年2月25日，星期天5.地震作用调整

最小地震剪力调整0.2Qo调整边榀地震作用效应调整竖向不规则结构地震作用效应调整转换梁地震作用下的内力调整框支柱地震作用下的内力调整板柱—抗震墙结构地震作用调整

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5.1

最小地震剪力调整新规范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λ。对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。

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。第49页,共70页，2024年2月25日，星期天

最小地震剪力调整软件实现：设置控制开关，设计人员可以干预；仅调整内力，而且调整后的内力不平衡。第50页,共70页，2024年2月25日，星期天

5.20.2Qo调整

抗震规范6.2.13条规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框—剪结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力Vo的20%和按框—剪结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值Vfmax的1.5倍二者的较小值。高规8.1.4条（分段0.2Qo调整）： 对框架柱数量从下到上有规律变化的结构，Vo应取每段最下一层结构对应地震作用标准值的结构底部总剪力。第51页,共70页，2024年2月25日，星期天SATWE程序0.2Q0调整系数的修改用户在工作目录建立文本文件SATINPUT.02Q该文件格式如下：

ISTCxCyISTCxCy………..ISTCxCy

比如：

21.51.8指定第2层x、y方向的调整系数

62.01.271.21.2第52页,共70页，2024年2月25日，星期天SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数第53页,共70页，2024年2月25日，星期天

5.3边榀地震作用效应调整

新规范5.2.3条规定，规则结构不进行扭转耦连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。软件未执行这一条规定。

可通过考虑扭转耦连来避开这一条规定。第54页,共70页，2024年2月25日，星期天

5.4竖向不规则结构地震作用效应调整新规范3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。新高规5.1.14条规定，楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%时，该楼层地震剪力应乘1.15增大系数。软件要求在参数定义菜单指定薄弱层。第55页,共70页，2024年2月25日，星期天

5.5转换梁地震作用下的内力调整新规范3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25-1.5的增大系数。新高规10.2.23条规定，转换梁在特一级和一、二级抗震设计时，其地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。

软件要求在“特殊构件定义”中定义转换梁。

第56页,共70页，2024年2月25日，星期天

5.6

框支柱地震作用下的内力调整新高规10.2.7条规定，框支柱数目不多于10根时:当框支层为1—2层时各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%； 当框支层为3层及3层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%。；框支柱数目多于10根时，当框支层为1—2层时每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力20%，当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受剪力之和应取基底剪力30%。框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。

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框支柱地震作用下的内力调整软件要求在“特殊构件定义”中定义框支柱。由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，程序给出一个控制开关，由设计人员决定是否对与框支柱相连的框架梁的弯矩、剪力进行相应调整。

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5.7板柱—抗震墙结构地震作用调整

新抗震规范第6.6.5条规定，板柱—抗震墙结构的抗震墙，应承担结构的全部地震作用，各层板柱部分应满足计算要求，并应能承担不少于各层地震作用的20%。软件按要求进行调整。第59页,共70页，2024年2月25日，星期天6.设计内力调整

梁设计剪力调整 柱设计内力调整剪力墙设计内力调整9度或一级框架结构构件的抗震等级

第60页,共70页，2024年2月25日，星期天

6.1

梁设计剪力调整

抗震规范第6.2.4条和高规第6.2.5、7.2.21条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架梁和抗震墙中高跨比大于2.5的连梁，其梁端截面的组合设计剪力值应调整。抗震等级框架梁连梁特一1.561.3一1.3/1.2711.3/1.271二1.2/1.051.2/1.05三1.1/1.01.1/1.0第61页,共70页，2024年2月25日，星期天

6.2

柱设计内力调整

为了体现抗震设计中强柱弱梁概念设计的要求，抗震规范第6.2.2、6.2.3、6.2.6、6.2.10条和高规第4.9.2条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的框架柱、框架结构的底层柱下端截面、角柱、框支柱的组合设计内力值应调整。第62页,共70页，2024年2月25日，星期天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-第63页,共70页，2024年2月25日，星期天

6.3

剪力墙设计内力调整

高规第7.2.10、10.2.14、4.9.2条规定，抗震设计时，特一、一、二、三级的剪力墙底部加强区和非加强区截面组合的设计内力值应调整。

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

1.01.0三1.01.01.2/1.01.01.0第64页,共70页，2024年2月25日，星期天

6.49度或一级框架结构（1）对于9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构，框架梁和连梁端部剪力调整、柱端部弯矩和剪力调整应按实配钢筋和材料强度标准值来计算。程序根据用户输入的超配系数ηAs，并取钢筋超强系数为1.1。按新抗震规范第6.2.4条、新高规第7.2.22条计算框架梁和连梁端部剪力调整系数ηV=1.1*1.1*ηAs第65页,共70页，2024年2月25日，星期天

9度或一级框架结构（2）按新抗震规范第6.2.3条，柱端部弯矩调整系数：

ηmc=1.2*1.1ηAs柱端部剪力调整