1、李云贵,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 2,1. 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
2、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。,上海环球金融中心（101层）,上海国际金融中心 高101层 巨型柱 巨型支撑 带状桁架 伸臂
3、桁架 转换桁架 核心筒墙内的钢支撑,核心筒体系(-3-91层）,下部和中部核心筒的交接转换（57-63层）,巨型支撑（7-18层）,巨型支撑（19-30层）,巨型支撑（78-93层）,顶部,连接内筒和外柱的伸臂桁架和带状桁架,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,3. 风荷载计算,风压标准值计算,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。,2.2 结构基本自振周期,脉动增大系数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
4、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。,2.3 风作用的编辑修改,文本文件修改 图形修改,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,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23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
5、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,WILSON E.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。,4.2 扭转耦联,对于多层
6、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。,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,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1.2 5.2.3条给
7、出的双向地震作用计算公式如下,双向地震作用计算原则,双向地震作用计算示例,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%,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
8、、周期、振型、地震作用、位移、内力,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) AVE
9、R= 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 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) 1.82 1.95 6.99% 33层框支 1
10、.05 1.5 30.32% 8层框架 1.76 2.39 26.22% 19层框剪 1.57 1.75 10.04% 18层框剪 1.43 2.03 29.16%,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。,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
11、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。,无斜交抗侧力结构,无斜交抗侧力结构,有斜交抗侧力结构,有斜交抗侧力结构,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,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
12、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。对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。,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。,5.2 0.2Qo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
13、底部总剪力。,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：IST Cx CyIST Cx CyIST Cx Cy比如：2 1.5 1.8 指定第2层x、y方向的调整系数6 2.0 1.27 1.2 1.2,SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数,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
14、考虑扭转耦连来避开这一条规定。,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。,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
15、、1.25倍。 软件要求在“特殊构件定义”中定义转换梁。,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12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12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。,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。
16、 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。,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。,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,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
17、梁，其梁端截面的组合设计剪力值应调整。,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。,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。,6.4 9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
18、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As，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V=1.1*1.1*As,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：mc =1.2*1.1As 柱端部剪力调整系数vc按抗震规范第255页公式近似计算，其中近似取轴压比N=0.4： vc=1.2*0.15+0.7*(0.4762+As)mc=1.584*0.15+0.7*(0.4762+As)AsAs = 1.10 1.15 1.20 mc = 1.45 1.52 1.58vc
19、= 2.18 2.35 2.52,9度或一级框架结构 （3）,对于9度设防烈度的各类剪力墙结构，剪力墙底部加强部位的设计剪力调整应按实配钢筋和材料强度标准值来计算。新抗震规范第6.2.8条条文说明给出的公式计算剪力调整系数:vc=1.2+ (As 1)/(0.6+0.02/N) 程序近似取V=1.7，相当于As =1.8， N =0.2,6.5 构件的抗震等级,按新高规第10.2.5条规定，对大于等于3层的转换层结构，程序对落地剪力墙、框支柱自动增加1级抗震等级，但已经是特1级的不再提高。对不落地墙、非框支柱不再提高。是否为落地剪力墙，由程序自动按上下截面是否对齐来判断。 按新高规第7.1.2-3条规定，当结构体系定义为短肢剪力墙结构时，对墙肢高度和厚度之比不大于8的短肢剪力墙，其抗震等级自动提高一级。同时程序输出墙肢高度和厚度之比不大于8的短肢墙所占有的地震剪力和倾覆弯矩的百分比。 新规范软件可以对每层每个梁、柱、支撑和剪力墙单独定义抗震等级。这为新规范中特殊设计需要开了方便之门，如：地下室部分、裙房部分、弱联结部分等等。,7. 作用效应组合,对于普通房屋建筑可直接采用隐含组合对于活荷载大于4KN/M*M的建筑修改活荷载的分项系数和组合系数修改活荷质量折减系数修改地震组合中的活荷的重力荷载代表值系数 100年设计使用期的建筑目前工程中采用的组合统一标准的组合,
