PKPM侧刚分析方法与总刚分析方法的区别
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一、一般情况下模拟施工加载取模拟施工加载3比较符合逐层施工的实际情况。
模拟施工加载2则可以更合理的给基础传递荷载。
复杂结构设计人员可以指定施工顺序。
二、修正后的大体风压一般就是荷载规范规定的大体风压,对于沿海和强风地带对风荷载敏感的建筑可以在此基础上放大10%~20%,门刚中则规定按放大5%采用。
3、对于高度大于150M的高层混凝土建筑才要验算风振舒适度。
结构阻尼比取0.01~0.02,程序缺省0.02。
4、侧刚计算方式:一种简化计算法,计算速度快,但应用范围有限,当概念有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆等)用此法会有必然误差;总刚计算方式:精度高,适用范围广,计算量大。
对于没有概念弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程,两种方式结果一样。
(以下转贴)“刚性楼板”的适用范围:绝大多数结构只要楼板没有特别的减弱、不持续,都可采用这个假定。
相关注意:由于“刚性楼板假定”没有考虑板面外的刚度,所以可以通过“梁刚度放大系数”来提高梁面外弯曲刚度,以弥补面外刚度的不足。
一样原因,也可通过“梁扭矩折减系数”来适当折减梁的设计扭矩。
“弹性板6 ”的适用范围:所有的工程都可采用。
相关注意:由于已经考虑楼板的面内、面外刚度,则梁刚度不宜放大、梁扭矩不宜折减。
板的面外刚度将承担一部份梁柱的面外弯矩,而使梁柱配筋减少。
此时结构分析时间大大增加。
“弹性板3 ”的适用范围:需要保证楼板平面内刚度超级大,外刚度承担荷载,不使梁柱配筋减少,以保证梁柱设计的安全度。
“如厚板转换层中的厚板,板厚达到1m以上。
而面外刚度则需要按实际考虑。
相关注意:一般在厚板转换层不设梁,或用等代梁,并注意上下部轴线差别产生的传力问题。
“弹性膜”的适用范围:仅适用于梁柱结构,设计时不使楼板面相关注意:不能用于“板柱结构”。
设计时可以进行梁的刚度放大和扭矩折减。
(弹性楼板6:考虑楼板的面内刚度和面外刚度,采用壳单元.原则上适用于所有结构,但采用弹性楼板6计算时,楼板和梁一路承担面外弯矩,计算结果中梁的配筋小了,而楼板承担面外弯矩,计算的配筋又未考虑.另外计算工作量大.因此该模型仅适用于板柱结构;弹性楼板3:考虑楼板的面内刚度无穷大,并考虑楼板的面外刚度.适用于厚板转换层;弹性膜:考虑面内刚度,面外刚度为零.采用膜剪切单元.弹性板由用户人工指定,但对于斜屋面,若是没有指定,程序会缺省为弹性膜,用户可以指定为弹性板6或弹性膜,不允许概念为刚性板或弹性板3)五、按照高规(JGJ 3-2021)第3.7.3条注,抗震设计时SATWE计算结果中楼层层间最大位移与层高之比的限值可不考虑偶然偏心的影响。
框架梁端负弯矩调整系数:高规5.2.3装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7~0.8;现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8~0.9,考虑混泥土塑性变形内力重分布,即梁端弯矩减少,中部弯矩相应的增大。
周期折减系数(0.5~1.0):高规3.3.17目的是充分考虑结构的填充墙刚度对计算周期的印象当非承重墙体为填充砖墙时,高层建筑结构的计算自振周期折减系数ψT可按下列规定取值:1 框架结构可取0.6~0.7;2 框架-剪力墙结构可取0.7~0.8;3 剪力墙结构可取0.9~1.0。
纯剪力墙可不考虑对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时,可根据工程情况确定周期折减系数。
考虑活荷载折减:一般就是在计算梁的平面折减和计算柱与基础时的空间折减PK梁惯性距增大系数:对于现浇楼板结构,可以考虑楼板对梁刚度的贡献而对梁刚度进行调整附加重量质点数:附加重量是指末参加结构恒载、活载分析的重量,但该重量应在统计各振动质点重量时计入SATWE是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间组合结构有限元分析软件,适用于各种复杂体型的高层钢筋混泥土框架、框剪、剪力墙、筒体、刚-混泥土混合和高层钢结构墙元细分最大控制长度:这是在墙元细分时的一个参数,对于尺寸较大的剪力墙,在作墙元细分形成一系列小壳元时,为确保精度,要求小壳元的边长不得大于给定限值Dmax,限值为1.0-5.0,对于一般工程取2.0,对于框支剪力墙结构,可取小,如取1.5或1.0恒活荷载计算信息:不计算恒活荷载:不计算竖向力一次性加栽:按一次加荷方式计算竖向力模拟施工加载1:按模拟施工加荷方式计算竖向力,采用整体刚度分层加载模型。
不适应有吊柱的情况。
模拟施工加载2:按模拟施工加荷方式计算竖向力,同时在分析过程中将竖向构件的轴向刚度放大十倍,以消弱竖向荷载按刚度的分配。
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。
(08版)模拟施工加载3:按模拟施工加载方式3计算竖向力,采用分层刚度分层加载模型。
结构专业技术措施之PKPM-SATWE参数取值:一.总信息:1)水平力与整体坐标夹角:该参数主要针对风荷载计算,同样对地震力起作用。
只需考虑其它角度的地震作用时,无需在此填数值,应填“斜交抗侧力构件方向地震数,相应角度”或勾选“程序自动考虑最不利水平地震作用”一般按0输入。
2)混凝土容重:钢筋砼计算重度,考虑饰面的影响应大于25,不同结构构件的表面积与体积比不同饰面的影响不同,一般按结构类型取值:结构类型框架结构框剪结构剪力墙结构重度 26 26.5 273) 钢材容重:一般情况下,钢材容重为78KN/m3,若要考虑钢构件表面装修层重,钢材的容重可以填入适当值。
4)裙房层数:层数要从最底层算起,包括地下室层数。
此参数主要用来确定剪力墙底部加强区高度。
抗规第6。
1。
3条规定:与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级,主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震措施;但是该参数的作用在程序中并没有反应。
绘图中采用构造加强。
注意:对于体型收进的高层建筑结构、底盘高度超过总高度20%的多塔尚应符合高规10.6.5条;目前程序不能自动将体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向构件抗震等级提高一级,需要在“特殊构件定义”中自行定义,不宜事后提高配筋。
5)转换层所在层号:层数要从最底层算起,包括地下室层数。
如果有转换层,必须在此指明其层号,以便进行正确的内力调整。
注意:程序不能自动识别转换构件!作用:a、程序自动判断加强区层数;b、输入转换层数,并选择相应的楼层刚度算法,软件会输出上下层楼层刚度比。
C、计算参数中有将转换层号自动识别为薄弱层的选项。
抗震等级:程序设有“框支剪力墙结构底部加强区剪力墙抗震等级自动提高一级”的选项。
(高位转换可以自动再提高)转换层全层应设置为“弹性膜”(平面内刚度真实考虑,平面外为0)转换层结构选择“施工模拟3”时,施工次序:宜将转换层与其上2层设为同一施工次序。
6)嵌固端所在层号:如在基础顶面嵌固,嵌固端所在层号为1;当地下室顶板作为嵌固端部位时,那么嵌固端所在层为地上一层,即地下室层数+1.作用:确定剪力墙底部加强部位时,程序将起算层号取为:嵌固端所在层号-1;程序自动将嵌固端下一层的柱纵向钢筋对应上层增加10%;梁端弯矩设计值放大1.3倍。
PKPM侧刚分析方法与总刚分析方法的区别PKPM侧刚分析方法与总刚分析方法的区别“侧刚分析方法”与“总刚分析方法”的不同之处在于是否有弹性楼板及是否有不与楼板相连的构件;另外,总刚分析方法可以准确反映结构的各项数据,但比侧刚分析方法花的计算时间长。
若有弹性楼板或有不与楼板相连的构件,则采用总刚分析较合理;若平面没有定义弹性楼板以及没有不与楼板相连的构件时,采用总刚分析方法与侧刚分析方法结果是一致的。
1.侧刚模型采用刚性楼板假定的简化的刚度矩阵模型,把房屋理想化为空间梁,柱和墙组合成的集合体,并与平面内无限刚度的楼板相互连接在一起。
不管用户在建模中有无弹性楼板,刚性楼板或越层大空间,对于无塔结构的侧刚模型假定每层为一块刚性楼板,而多塔结构则假定为一塔一层为一块刚性楼板。
对于这类建筑,每层的每块刚性楼板只有两个独立的平动自由的和一个独立的转动自由度,“侧刚模型”就是依据这些独立的平动和转动自由度而形成的浓缩刚度阵。
“侧刚分析方法”是一种简化计算方法,只适用于采用楼板平面内无限刚度假定的普通建筑和采用楼板分块平面内无限刚度假定的多塔建筑。
“侧刚分析方法”的优点是分析效率高,由于浓缩以后的侧刚自由度很少,所以计算速度很快。
但“侧刚计算方法”的应用范围是有限的,当定义有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆所等),“侧刚分析方法”是近似的,会有一定的误差,若弹性楼板范围不大或不与楼板相连的构件不多,其误差不会很大,精度能够满足工程要求;若定义有较大范围的弹性楼板或有较多不与楼板相连的构件,“侧刚分析方法”不适用,而应该采用下面介绍的“总刚分析方法”。
2.总刚模型是一种真实的结构模型转化成的刚度矩阵模型,结构总刚模型假定每层非刚性楼板上的每个节点的动力自由度有两个独立水平平动自由度。
可以受弹性楼板的约束,也可以完全独立不与任何楼板相连,而在刚性楼板上的所有节点的动力自由度只有两个独立水平平动自由度和一个独立的转动自由度。
第1页总信息操作说明及规范连接:●〈计算总控制信息〉:1、结构所在地区:分全国、上海2个选项,据实选定。
2、结构材料构成:分钢结构、钢砼混合结构、砌体结构3个选项,据实选定。
砌体结构用于底框结构。
3、结构类型:共分:框架、框架剪力墙、框架筒体、筒中筒、剪力墙、短肢剪力墙、网架、板柱剪力墙、底框抗震墙9种类型。
确定结构类型即确定与其对应的有关设计参数。
规范连接:框架结构:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第2.1.3条。
剪力墙结构:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第2.1.4 条。
短肢剪力墙的界定:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第7.1.2条。
框剪结构:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第2.1.5条。
筒体结构:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第2.1.7条。
筒体结构又分框筒、内外筒结构见〈建筑抗震设计规范〉第6.1.2条。
复杂高层建筑结构:见〈高层建筑混凝土结构技术规程〉[JGJ3—2002]第10 节。
4、结构规则性:共分:平面立面都规则、平规则,立不规则、平不规则,立规则、平面立面都不规则4个选项。
规范连接,规则性判断见:建筑抗震设计规范〉[GB50011-2001]表3.4.2--1。
表3.4.2—1平面不规则的类型---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------不规则类型定义---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------扭转不规则楼层的最大水平位移(或层间位移),大于该层两端弹性水平位移(或层间位移)平均位移的1.2 倍。
砼梁和劲性梁其中:As1、As2、As3为梁上部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2);Asm1、Asm2、Asm3表示梁下部(负弯矩)左支座、跨中、右支座的配筋面积(cm2);Asv表示梁在Sb范围内的箍筋面积(cm2),取抗剪箍筋Asv与剪扭箍筋Astv的大值;Ast表示梁受扭所需要的纵筋面积(cm2);Ast1表示梁受扭所需要周边箍筋的单根钢筋的面积(cm2)。
G,TV分别为箍筋和剪扭配筋标志。
梁配筋计算说明:1.对于配筋率大于1%的截面,程序自动按双排筋计算;此时,保护层取60mm;2.当按双排筋计算还超限时,程序自动考虑压筋作用,按双筋方式配筋;3.各截面的箍筋都是按用户输入的箍筋间距计算的,并按沿梁全长箍筋的面积配箍率要求控制。
若输入的箍筋间距为加密区间距,则加密区的箍筋计算结果可直接参考使用,如果非加密区与加密区的箍筋间距不同,则应按非加密区箍筋间距对计算结果进行换算;若输入的箍筋间距为非加密区间距,则非加密区的箍筋计算结果可直接参考使用,如果加密区与非加密区的箍筋间距不同,则应按加密区箍筋间距对计算结果进行换算。
钢梁其中:R1表示钢梁正应力与强度设计值的比值F1/f;R2表示钢梁整体稳定应力与强度设计值的比值F2/f;R3表示钢梁剪应力与强度设计值的比值F3/fv。
其中 F1,F2,F3 的具体含义:F1 = M/(Gb Wnb)F2 = M/(Fb Wb)F3(跨中)= V S/(I tw), F3(支座)= V/Awn矩形混凝土柱或劲性混凝土柱在左上角标注:(Uc)、在柱中心标柱:Asv、在下边标注:Asx、在右边标注:Asy、引出线标注:As_corner其中:As_corner为柱一根角筋的面积,采用双偏压计算时,角筋面积不应小于此值,采用单偏压计算时,角筋面积可不受此值控制(cm2)。
Asx,Asy分别为该柱B边和H边的单边配筋,包括角筋(cm2)。
Asv表示柱在Sc范围内的箍筋,它是取柱斜截面抗剪箍筋和节点抗剪箍筋的大值(cm2)。
结构专业技术措施之PKPM-SATWE参数取值:一.总信息:1)水平力与整体坐标夹角:该参数主要针对风荷载计算,同样对地震力起作用。
只需考虑其它角度的地震作用时,无需在此填数值,应填“斜交抗侧力构件方向地震数,相应角度”或勾选“程序自动考虑最不利水平地震作用”一般按0输入。
2)混凝土容重:钢筋砼计算重度,考虑饰面的影响应大于25,不同结构构件的表面积与体积比不同饰面的影响不同,一般按结构类型取值:结构类型框架结构框剪结构剪力墙结构重度 26 26.5 273) 钢材容重:一般情况下,钢材容重为78KN/m3,若要考虑钢构件表面装修层重,钢材的容重可以填入适当值。
4)裙房层数:层数要从最底层算起,包括地下室层数。
此参数主要用来确定剪力墙底部加强区高度。
抗规第6。
1。
3条规定:与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级,主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震措施;但是该参数的作用在程序中并没有反应。
绘图中采用构造加强。
注意:对于体型收进的高层建筑结构、底盘高度超过总高度20%的多塔尚应符合高规10.6.5条;目前程序不能自动将体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向构件抗震等级提高一级,需要在“特殊构件定义”中自行定义,不宜事后提高配筋。
5)转换层所在层号:层数要从最底层算起,包括地下室层数。
如果有转换层,必须在此指明其层号,以便进行正确的内力调整。
注意:程序不能自动识别转换构件!作用:a、程序自动判断加强区层数;b、输入转换层数,并选择相应的楼层刚度算法,软件会输出上下层楼层刚度比。
C、计算参数中有将转换层号自动识别为薄弱层的选项。
抗震等级:程序设有“框支剪力墙结构底部加强区剪力墙抗震等级自动提高一级”的选项。
(高位转换可以自动再提高)转换层全层应设置为“弹性膜”(平面内刚度真实考虑,平面外为0)转换层结构选择“施工模拟3”时,施工次序:宜将转换层与其上2层设为同一施工次序。
6)嵌固端所在层号:如在基础顶面嵌固,嵌固端所在层号为1;当地下室顶板作为嵌固端部位时,那么嵌固端所在层为地上一层,即地下室层数+1.作用:确定剪力墙底部加强部位时,程序将起算层号取为:嵌固端所在层号-1;程序自动将嵌固端下一层的柱纵向钢筋对应上层增加10%;梁端弯矩设计值放大1.3倍。
建筑结构毕业设计使用PKPM软件应注意的关键问题王晓飞【摘要】在分析目前普通本科高校土木工程专业毕业设计现状的基础上介绍了利用PKPM软件进行建筑结构毕业设计的意义.针对学生利用PKPM软件进行毕业设计时存在的问题,以结构设计理论为基础,以规范准则为依据,介绍了利用PKPM软件在建筑结构毕业设计时需要注意的关键问题.【期刊名称】《南阳师范学院学报》【年(卷),期】2019(018)003【总页数】5页(P39-43)【关键词】PKPM软件;土木工程专业;建筑结构;毕业设计;问题【作者】王晓飞【作者单位】南阳师范学院土木建筑工程学院,河南南阳473061【正文语种】中文【中图分类】G642.00 引言毕业设计是土木工程专业本科教育阶段最后一个综合性实践教学环节[1-2].目前,大部分土木工程专业师生在选择毕业设计题目时,往往倾向于建筑结构设计类.对于此类毕业设计,一小部分学生会选择手算手绘施工图的模式,而大部分学生则选择利用PKPM软件进行辅助设计.如果利用手算手绘施工图的模式进行结构毕业设计,虽然可以最大程度地训练学生的专业基本功,但其中计算与手绘施工图属于低效劳动,在设计市场早已被淘汰.而目前,PKPM软件在国内设计行业中占有绝对优势,拥有用户上万家,市场占有率高达90%以上,现已成为国内应用最为普遍的CAD系统[3].利用PKPM软件进行毕业设计的辅助设计既能很好地考察学生的结构设计理论知识,又可实现与实际设计市场接轨的目的.许多学生在建筑结构毕业设计中只是机械性地学会了PKPM软件操作,还存在结构设计概念不清晰、软件中参数的选取不明确、结构设计所涉及的规范条文不理解、结构设计结果出现问题不知怎样处理等问题.基于此,针对土木工程专业学生的特点,以结构设计理论为基础,以规范准则为依据,介绍了PKPM软件在建筑结构毕业设计中需要注意的关键问题.1 柱、梁截面尺寸估算问题学生在进行柱、梁建模时一般会忽略截面的估算,直接根据经验或某些书上的例题确定柱、梁截面尺寸.这些学生中大部分是因为不清楚柱、梁尺寸的估算原理和步骤.柱截面尺寸的估算步骤为:1)确定建筑物所在地区的抗震设防烈度及设计地震分组;2)确定建筑物的抗震等级;3)进一步确定框架柱的截面形状与尺寸.框架柱截面尺寸可初步按下式估算:≤[μN],(1)N=βSgn,(2)式中,N为地震作用组合下柱的轴向压力设计值;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;Ac为柱截面尺寸;[μN]为柱轴压比值;β为考虑地震作用组合后柱的轴向压力增大系数,角柱、边柱均取1.3,中柱等跨度取1.2,中柱不等跨度取1.25;S按简支状态计算柱的负荷面积;g为单位建筑面积上的重力荷载代表值,可近似取12~15 kN/m2;n为楼层层数.《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)[4](下文中简称《抗规》)6.3.5条规定,抗震等级为三级且超过2层的建筑中框架柱的截面宽度和高度不宜小于400 mm且长边与短边之比不宜超过3.2 楼梯布置问题相比较2001版的《抗规》,2010版《抗规》增加了第6.1.15条,用以考虑楼梯的斜撑作用对结构刚度、承载力以及规则性的影响.学生在布置楼梯时经常会出现楼梯布置不上或参数设置不合理等情况.解决上述问题的唯一办法是正确理解“平行两跑楼梯—智能设计对话框”中各参数的含义及建筑施工图中结构层高、楼梯的设计参数等.“平行两跑楼梯—智能设计对话框”如图1所示.图1 平行两跑楼梯—智能设计对话框首先,需要注意的是底层楼梯布置需设置“起始高度”,即底层楼梯从室内±0.000标高开始,底层结构高度从基础顶面开始,两者之间的差值绝对值即为“起始高度”.其余层的楼梯“起始高度”为0.其次,注意“起始节点号”的选择,有时程序默认的“起始节点号”与实际建筑中楼梯的起始位置不一致,此时需要按照建筑图中楼梯的实际工程情况选择“起始节点号”以及确定是否勾选“是否是顺时针”.图1中“各梯段宽”是指梯井边缘至梁边的距离,“各梯段宽”=梯井边缘至墙边缘的距离-梁边缘到墙边缘的距离.“各标准跑详细设计数据”中第1跑的“起始位置”与第2跑的“结束位置”相等,第1跑的“结束位置”与第2跑的“起始位置”数值相等,而且“平台宽度”=第1跑“结束位置”.最后,注意图1中的其他参数需要根据建筑施工图中楼梯的实际工程情况进行填写.3 SATWE模块中参数理解问题在SATWE模块中进行各参数补充定义时,部分学生存在参数理解不清楚、参数选值不确定等问题.3.1 “分析与设计参数补充定义(必须执行)”选项中需要注意的参数3.1.1 对所有楼板强制采用刚性楼板假定:根据实际工程情况选择是否勾选.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[5](下文简称《高规》)5.1.5条规定,进行高层建筑内力与位移计算时,可假定楼板在其自身平面内无限刚性.一般建筑结构仅在计算位移比时建议选择,在进行结构内力分析和配筋计算时可不选择.3.1.2 X、Y向结构基本周期:此项用于X向和Y向风荷载的计算.SATWE计算完成后,得到了准确的结构自振周期,再回到此处将新的周期值填入,然后重新计算,以得到更为准确的风荷载.对于比较规则的结构,可采用近似方法计算基本周期.框架结构T=(0.08~0.1)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.结构基本周期主要是计算风荷载中的风振系数用的,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.如果不想考虑风振系数的影响,则可在此处输入一个小于0.25的值.3.1.3 柱配筋计算原则:根据实际工程情况确定.若按单偏压计算,程序按单偏压计算公式分别计算柱两个方向的配筋;若按双偏压计算,程序按双偏压计算公式计算柱两个方向的配筋.《高规》6.2.4条规定:抗震设计时,框架角柱应按双向偏心受力构件进行正截面承载力设计.一般情况下,SATWE设计信息中选择“按单偏压计算”,然后在柱施工图归并选筋后,再进行双偏压验算.3.2 “结构内力,配筋计算”选项中需要注意的参数3.2.1 层刚度比计算:《抗规》3.4.2和3.4.3条建议的计算方法是地震剪力与地震层间位移比.对于多层(砌体、砖混底框),宜采用剪切刚度;对于带斜撑的钢结构,宜采用弯剪刚度;多数结构宜采用地震剪力与地震层间位移比(所有结构均可采用该方法进行层刚度比计算).3.2.2 地震作用分析方法:“侧刚分析方法”是指按侧刚模型进行结构振动分析,“总刚分析方法”是指按总刚度模型进行结构的振动分析.当考虑楼板的弹性变形(某层局部或整体有弹性楼板单元)或有较多的错层构件(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆所等)时,建议采用“总刚分析法”.4 计算结果分析问题利用SATWE模块对所建结构模型进行内力与配筋计算后,大部分学生不会根据SATWE模块输出的结果图形与文本显示进行分析,即使发现问题也不知怎样对模型或参数进行调整.要想解决上述问题,需要结合规范准则、结构设计理论知识及结构设计经验最终确定修改方案.4.1 文本文件输出“文本文件输出”选项中需要重点检查“结构设计信息”“周期、振型、地震力”“结构位移”选项.4.1.1 “结构设计信息”选项中一般从以下三个方面对计算结果进行检查4.1.1.1 进一步校对、复核SATWE中“分析与设计参数补充定义”的参数有无错误,包括总信息、风荷载信息、地震信息、活荷载信息、调整信息、配筋信息、设计信息、荷载组合信息等输入信息.4.1.1.2 查看“各层的质量、质心坐标信息”“各层构件数量、构件材料和层高”“风荷载信息”“各楼层偶然偏心信息”“各层楼等效尺寸”等信息.核对“各楼层单位面积质量”,各层楼的单位面积质量=结构总重量/建筑面积.一般情况下,框架结构的单位面积质量大约为11~14 kN/m2,框剪结构大约为13~15 kN/m2,剪力墙结构大约在15 kN/m2左右.4.1.1.3 查看“计算信息”.“计算信息”中重点检查以下4项:(1)“各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息”中“刚度比”需要重点检查,通过检查“刚度比”判断结构竖向有无薄弱层.(2)“结构整体抗倾覆验算结果”中的“零应力区”需要检查,一般情况下“零应力区”数值不允许大于15.根据《抗规》4.2.4条规定,高宽比大于4的高层建筑,在地震作用下基础底面不宜出现零应力区;其他建筑,基础底面与地基土之间的零应力面积不应超过基础底面积的15%.(3)“结构整体稳定验算结果”中的“刚重比”需要检查.刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆.当结构刚重比大于10时,能够通过《高规》5.4.4条的稳定验算;当结构刚重比大于20时,可以不考虑重力二阶效应.(4)“楼层抗剪承载力及承载力比值”中的“最小楼层抗剪承载力之比”需要检查. 《高规》3.5.3条规定,A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%,不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%;B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%.4.1.2 “周期、振型、地震力”选项中一般对以下3个计算结果进行检查4.1.2.1 检查“考虑扭转联耦时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动系数、扭转系数”计算结果,主要核算结构的“周期比”是否满足规范要求以及检查“地震作用最大的方向”值的大小.周期比主要用来控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响.《高规》第3.4.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9.如果出现不能满足要求的情况,一般通过调整平面布置来改善.总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱或梁的刚度.当地震作用最大方向的计算结果大于15度时,需要将夹角计算结果输入到“水平力与整体坐标夹角”中重新计算.4.1.2.2 检查“各层X、Y方向的作用力”计算结果.主要检查结构“X向、Y向各层剪重比”以及“X向、Y向的有效质量系数”是否满足规范要求.剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,具体要求参见《抗规》表5.2.5及《高规》表4.3.12.有效质量系数:《抗规》5.2.2条文说明及《高规》第5.1.13条第1款要求,有效质量系数不应小于90%.4.1.3 “结构位移”选项中主要检查X、Y向在各工况下的“最大层间位移角”以及“最大位移比”是否满足规范要求.《抗规》表5.5.1中规定了各种结构类型的弹性层间位移角的限值,其中钢筋混凝土框架结构的层间位移角限值为1/550.《抗规》3.4.3条规定:在规定水平力作用下,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍,则结构属于扭转不规则.如果结构的“最大层间位移角”“最大层间位移与平均层间位移的比值”以及“最大位移与层平均位移的比值”出现不满足规范要求的情况,可以通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距.4.2 图形文件输出“图形文件输出”选项中需要重点检查“混凝土构件配筋及钢构件验算简图”选项.其中梁配筋信息中有红色字体出现,则代表梁超筋;柱配筋信息中出现红色字体,则代表柱超筋或轴压比超限.造成梁超筋的原因主要有两种:第一种是梁抗剪承载力不足,第二种是梁抗弯承载力不足.具体是哪种原因造成的超筋需要单击“构件信息”中的“梁信息”,如图2所示,然后鼠标左键红色的梁,则会弹出记事本,如图3所示.图3中框内信息即是超筋的原因:抗剪承载力不足.图2 构件信息图3 超筋信息不同原因造成的超筋问题的解决方案不同:(1)针对抗剪承载力不足引起的超筋问题的解决方案抗剪差的原因主要是和梁垂直搭接次梁传来的力太大,超过本根梁能超过的范围.有两种解决办法,主要减小传来梁的剪力:一是在PKPM-SATWE特殊构件定义中将传来梁的定义为铰接,这是解决此类问题的很好的办法;二是提高本梁的刚度,主要方法是加大梁的截面和提高混凝土等级等.(2)针对抗弯承载力不足引起的超筋问题的解决方案如果是抗弯承载力不足引起的超筋,造成梁抗弯承载力不足的原因有很多,例如输入的荷载错误,有可能是荷载输入过大;梁截面过小;混凝土的强度等级过低等.针对以上原因,解决办法是根据实际工程情况减小荷载、加大梁的截面尺寸或者适当提高混凝土强度.除了上述介绍的造成梁超筋的常见原因外,还有很多其他原因,需要设计人员根据实际工程情况进行判断并提出解决方案.针对轴压比超限的常见解决方法有:①加大柱子截面面积;②采用高强度混凝土.引起柱超筋的原因很多,需要针对不同原因提出相对应的解决方法.(1)如果是框架结构整体刚度不足,在地震力的作用下倾覆力矩太大而超筋,这时结构的位移角基本上也不会满足规范要求,可以通过查看“结构位移”确定.这种情况下可以增大柱截面或是增加柱数量,也可以尝试增加斜撑或者阻尼支撑,甚至可以增加一些剪力墙.(2)如果是与柱相连的梁线刚度太小(尤其是大跨度结构),梁受弯时会传递很大的弯矩给柱端,弯矩将造成柱端出现很大的偏心,从而导致柱超筋.这种情况在竖向力较小时(比如顶层)比较常见,此时增大梁高或者减小柱距就能有效解决问题.(3)如果是结构平面局部薄弱,平面刚度突变而出现柱超筋,这主要是由水平力作用下的应力集中引起的.这种情况下可以增大薄弱部位处的刚度(增大柱截面或者增加柱根数),或者直接在平面薄弱部位处设置抗震缝,将结构断开成两个单体. (4)如果是结构平面扭转较大,局部(尤其是边角)形成很大的剪力而造成超筋,这时首先考虑对整体结构进行调整,平衡刚度,使结构刚度中心与质量中心尽量重合以减少扭矩.如果上述措施还不能解决柱超筋问题,可以再考虑增大柱截面.(5)如果结构竖向存在薄弱层,软件在计算时会将该薄弱层乘以放大系数,这种情况也容易引起超筋.薄弱层一般是因为上层的刚度太大,所以除了增大本层刚度外,还可以尝试降低上层刚度.5 结语利用PKPM软件进行建筑结构毕业设计不仅仅是软件的简单操作,其中涉及大量结构设计理论知识、规范条文、参数含义等,并要求学生具备分析计算结果并解决问题的能力.本文针对PKPM软件设计过程中学生比较容易出现问题的地方进行了详细分析与解释,可以在一定程度上提高土木工程专业学生的结构设计能力及毕业设计质量. 参考文献【相关文献】[1]曹云,孟云梅. 土木工程专业毕业设计教学改革与实践[J]. 中国电力教育,2012(28):117-118.[2]孙文彬. 土木工程专业毕业设计教学改革与实践[J]. 长沙大学学报,2006,20(5):101-104.[3]陈占锋,向娟. 结构设计软件应用:PKPM[M]. 2版.武汉:武汉大学出版社,2017.[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范GB 50011—2010 [S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010.[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010.[6]刘于,王龙海,罗德海. 浅谈PKPM软件在建筑结构课程教学中的应用[J]. 绿色环保建材,2018(5):270.[7]代发能. PKPM框架结构设计分析[J]. 建材与装饰,2018(30):113-114.。
为了减少用钢量,本院做如下规定。
1.楼板钢筋采用LL550级冷轧钢筋(F=360),规格为6.7.8.9.10.代号L。
2.柱,剪力墙采用HRB3353.有地下室的地梁及顶板的结构梁HRB400(三级钢)地梁及顶板的结构梁HRB400(三级钢)4.公建包括办公楼,公建(4.公建(包括办公楼,体育建筑)结构梁采用HRB400,住宅建筑结构梁采用HRB3355.地梁,梁及柱(包括暗柱)箍筋采用HPB235(规格6.8)或HRB335(规格10及10以上)恒荷载取值:住宅标准间A:客厅,厨房,阳台,卫生间板底粉刷(或掉顶):20×0.02=0.40KN/m2板面粉刷:30×0.02=0.60KN/m2板面装修荷载:0.60KN/m2合计1.5KN/m2板厚h=10025×0.1=2.5KN/m2.5+1.5=4KN/m2板厚h=9025×0.11=2.75KN/m2.75+1.5=4.2522板厚h=9025×0.12=3KN/m3+1.5=4.5KN/mB:卧室,书房板底粉刷(或掉顶):20×0.02=0.40KN/m2板面粉刷:30×0.02=0.60KN/m2面装修荷载:0.20KN/m2合计1.2KN/mC楼梯间板面粉刷:(0.30×0.16)*0.3*0.03*20=0.92KN/m2板底粉刷:0.015/cos30*20=0.35KN/m2板厚100(0.16/2+0.1/cos30)*25=4.894.89+0.35+0.92=6.16KN/m2板厚120(0.16/2+0.12/cos30)*25=5.475.47+0.35+0.92=6.74KN/m2D平屋面或露台40厚刚性防水层:0.04*25=1.0KN/m2保温层:0.5KN/m2防水卷材层0.1KN/m板面焦渣找坡2%0.1*15=1.52地板粉刷0.02*20=0.4KN/m不上人屋面荷载板面焦渣找坡:15*0.1=1.5KN/m2板面焦渣找坡:15*0.1=1.5KN/m220mm厚砼:25*0.02=0.5KN/m2保温层:0.5KN/m2防水卷材层:0.1KN/m2找平层:20*0.02=0.4KN/m2板底粉刷:20*0.02=0.4KN/m2总和:3.4KN/m2E墙体荷载剪力墙剪力墙厚一般为200毫米,短肢剪力墙,一肢长度5b(1000)即可,另一肢长为500.种植屋面荷载草坪草与草花地被:0.05KN/m2300mm厚覆土:18*0.3=5.4KN/m2200mm厚陶粒排水层:9*0.2=1.8KN/m240mm厚砼:25*0.04=1KN/m2保温层:0.5KN/m2防水卷材层:0.1KN/m2找平层:20*0.02=0.4KN/m2板底粉刷:20*0.02=0.4KN/m2总和:9.65KN/m2屋面檐沟荷载保温层:0.5KN/m2防水卷材层:0.1KN/m2找平层:20*0.02=0.4KN/m2板底粉刷:20*0.02=0.4KN/m2雨水:10*0.4=4KN/m2总和:5.4KN/m2板厚屋面板厚120,标准层3600以下板厚100,3600~3900(含)板厚110,3900~4200(含)板120,4200~4600(含)板厚130,4600以上140。
PKPM侧刚分析方法与总刚分析方法的区别
“侧刚分析方法”与“总刚分析方法”的不同之处在于是否有弹性楼板及是否有不与楼板相连的构件;另外,总刚分析方法可以准确反映结构的各项数据,但比侧刚分析方法花的计算时间长。
若有弹性楼板或有不与楼板相连的构件,则采用总刚分析较合理;若平面没有定义弹性楼板以及没有不与楼板相连的构件时,采用总刚分析方法与侧刚分析方法结果是一致的。
1.侧刚模型
采用刚性楼板假定的简化的刚度矩阵模型,把房屋理想化为空间梁,柱和墙组合成的集合体,并与平面内无限刚度的楼板相互连接在一起。
不管用户在建模中有无弹性楼板,刚性楼板或越层大空间,对于无塔结构的侧刚模型假定每层为一块刚性楼板,而多塔结构则假定为一塔一层为一块刚性楼板。
对于这类建筑,每层的每块刚性楼板只有两个独立的平动自由的和一个独立的转动自由度,“侧刚模型”就是依据这些独立的平动和转动自由度而形成的浓缩刚度阵。
“侧刚分析方法”是一种简化计算方法,只适用于采用楼板平面内无限刚度假定的普通建筑和采用楼板分块平面内无限刚度假定的多塔建筑。
“侧刚分析方法”的优点是分析效率高,由于浓缩以后的侧刚自由度很少,所以计算速度很快。
但“侧刚计算方法”的应用范围是有限的,当定义有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆所等),“侧刚分析方法”是近似的,会有一定的误差,若弹性楼板范围不大或不与楼板相连的构件不多,其误差不会很大,精度能够满足工程要求;若定义有较大范围的弹性楼板或有较多不与楼板相连的构件,“侧刚分析方法”不适用,而应该采用下面介绍的“总刚分析方法”。
2.总刚模型
是一种真实的结构模型转化成的刚度矩阵模型,结构总刚模型假定每层非刚性楼板上的每个节点的动力自由度有两个独立水平平动自由度。
可以受弹性楼板的约束,也可以完全独立不与任何楼板相连,而在刚性楼板上的所有节点的动力自由度只有两个独立水平平动自由度和一个独立的转动自由度。
它能真实的模拟具有弹性楼板,大开洞的错层,连体,空旷的工业厂房,体育馆等结构。
“总刚分析方法”,就是直接采用结构的总刚度和与之相应的质量阵进行地震反应分析。
这种方法精度高,适用范围广,可以准确分析出结构每层每根构件的空间反应,通过分析计算结果可发现结构的刚度突变部位,连接薄弱的构件以及数据输入有误的部位等。
其不足之处是自由度数相对比较多,计算耗时多且存储开销大,比“侧刚分析方法”计算量大数倍。
对于没有定义弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程,“侧刚分析方法”和“总刚分析方法”的结果是一致的。
当考虑楼板的弹性变形(某层局部或整体有弹性楼板单元)、或有较多的错层构件时,建议采用总刚分析;其他情况均可采用侧刚分析。
3.侧刚分析的优缺点
其实在pkpm的程序里,侧刚分析方法并不采用的是层串联的模型,也不假设楼板都是刚性的,你在程序中指定的弹性楼板,pkpm绝对不会把它改成刚性。
侧刚分析的基本原理是静力凝聚原理减少自由度,把整个建筑物凝聚成若干个子结构,每个子结构可以是跨越几层的梁柱板支撑组成的一个group,也可以一层的某个局部的若干构件组成的一个group(group是sap中概念我在这用一下),所以不只是层串联的模型,而是比层串联的模型高级的多的模型,这种子结构的求解方法既保证了求解精度又大大提高了求解速度,还考虑了结构的各种复杂形式。
你可以根据实际情况指定弹性楼板或弹性连接板带,系统根据用户设定和模型的开洞错层支撑斜柱斜梁布置情况划分子结构,所以侧刚分析的精度是很高的。
地震时程分析采用的都是侧刚模型而没有采用总刚模型,作时程必须考虑精度,结果精度不够数据不可靠还作它还干什么,也要考虑速度,求解必须要快,有那么多时间步要算,每步都算好久怎么行。
对于总刚与侧刚,深圳总院的技术规定:
1.总刚计算耗时和内存资源较多
2.有弹性楼板设置时必须用总刚计算
3.无弹性楼板设置时宜用侧刚计算
4.规范控制的层刚度比和位移比,要求在刚性楼板条件下计算,因此,任何情况下均按侧刚计算一次,以验算层刚度比和位移比,
注:部分内容搜集与网上,对大神们的回答表示感谢。