PKPM应用流程及高层结构设计需要控制的七个比值

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PKPM应用流程及参数调整

PKPM软件使用流程： 

Pkpm计算中经常发现计算文件错误的问题，原因大概有两种：

1，是人为原因，主要是因为手太快误点。

2，是软件自身问题：软件功能不够强大，例如对CAD的圆弧轴线转换的不太好，经常造成圆弧于直线不相交等，最终造成计算结果错误。房间现浇板导荷方式错误，导致轴力计算错误等……

所以文件输入是否正确是正确计算的前提，所以在看计算结果的时候必须首先判断下输入的计算文件的正确性。

判断方法和程序：

在保证所有荷载和计算参数合理正确的前提下开始计算，算完后先不看方案合理性，主要室看挠度曲线和各工况下内力简图（主要是恒载，活载，地震，风载），根据结构力学知识判断正确性（是否挠度异常，出现反向挠度或者无挠度；内力简图出现悬挑内力等）。下来看振动简图（是否出现无振动或局部振动现象），还有竖向导荷的结果是否异常（完全一样的户型轴力是否相差过大），都没有异常的情况下在看结构的方案合理性的七大参数。

出现问题的解决方法：

1， 如果是圆弧的问题最好在pkpm里自己输圆弧。

2， 看是否节点错误和房间不封闭。

3， 如果找不到原因，就用别人的机子或者换版本算一遍即可解决。

4， 房间现浇板导荷方式错误的改过来就行了。

希望以后大家养成良好的习惯，无论工作多忙，自己不要急，不比速度比的是合理性和正确性。

高层结构设计需要控制的七个比值 ：

高层设计的难点在于竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置，设计过程中控制的目标参数主要有如下七个：

一、 轴压比：

主要为限制结构的轴压比，保证结构的延性要求，规范对墙肢和柱均有

相应限值要求，见抗规6.3.7和6.4.6，高规 6.4.2和7.2.14及相应的条文说明。轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

1、程序调整：SATWE程序不能实现。
       2、人工调整：增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

二、 剪重比：

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全，

见抗规5.2.5，高规3.3.13及相应的条文说明。这个要求如同最小配筋率的要求，算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求，就要人为提高，并按这个最低要求完成后续的计算。剪重比不满足规范要求，说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小；但剪重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

    剪重比不满足时的调整方法：

1、。1、程序调整：当剪重比偏小但与规范限值相差不大（如剪重比达到规范限值的80％以上）时，可按下列方法之一进行调整：

1）在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”，SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。

2）在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。

3）在SATWE的“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减小系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。

     2、人工调整：如果还需人工干预，可按下列三种情况进行调整：

     1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。

      2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。

      3）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。

3、结构调整：当剪重比偏小且与规范限值相差较大时，宜调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

三、 刚度比：

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2，高规4.4.2及相应的条文说明；对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。

     刚度比不满足时的调整方法：

     1、程序调整：如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。

     2、人工调整：如果还需人工干预，可按以下方法调整：

     1）适当降低本层层高，或适当提高上部相关楼层的层高。

     2）适当加强本层墙、柱和梁的刚度，适当提高上部相关楼层的层高或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。

四、 位移比：

主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见抗规3.4.2，高规 4.3.5及相应的条文说明。

   位移比不满足时的调整方法：

    1、程序调整：SATWE程序不能实现。

    2、人工调整：只能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；调整方法如下：

     1）由于位移比是在刚性楼板假定下计算的，最大位移比往往出现在结构的四角部位；因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度；同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。

     2）利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度；也可找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。

五、周期比：主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响，见高规4.3.5及相应的条文说明。周期比不满足要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。

四、层间位移角：主要为限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。见高规 4.6.1、4.6.2和4.6.3及相应的条文说明。层间位移角不满足规范要求，说明结构的上述要求无法得到满足。但层间位移角过分小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

层间位移角不满足规范要求时的调整方法：

1、程序调整：SATWE程序不能实现。

2、结构调整：只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

1）由于高层结构在水平力的作用下将不可避免地发生扭转，所以符合刚性楼板假定的高层结构的最大层间位移往往出现在结构的边角部位，因此应注意加强结构外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构的侧移变形。同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。

2）利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到层间位移角超过规范限值的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。节点号在“SATWE位移输出文件”中查找。

四、位移比（层间位移比）：主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见抗规3.4.2，高规 4.3.5及相应的条文说明。位移比（包括层间位移比，下同）不满足规范要求，说明结构的刚心偏离质心的距离较大，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。
       位移比不满足时的调整方法：
        1、程序调整：SATWE程序不能实现。
        2、人工调整：只能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；调整方法如下：
        1）由于位移比是在刚性楼板假定下计算的，结构最大水平位移与层间位移往往出现在结构的四角部位；因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构刚心与质心的偏心距。；同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
         2）对于位移比不满足规范要求的楼层，也可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度；节点号在“SATWE位移输出文件”中查找。也可找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。

由于位移比是在“全楼刚性楼板”的假定下计算的，这时的每层楼板在楼层平面内被假定为刚体，因为考虑偶然偏心，在水平地震力的作用下，即使是规则对称的结构也不可能是纯粹的平动，其最大水平位移与层间位移一定是发生在楼层边角部位的某处。所以一般情况下位移比是由结构边角部位的水平位移与层间位移决定的。因此调整结构外围抗侧力构件的刚度是控制位移比的最为有效的方法。周期比的控制在于结构具备足够的抗扭转刚度，而结构外围抗侧力构件对结构的抗扭转刚度贡献最大。因此调整结构外围抗侧力构件刚度以控制位移比时，必然对周期比产生较大影响。考虑到对周期比的影响，可根据周期比的大小采用相应的方法调整位移比。当周期比大于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法。当周期比小于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对周期比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。

五、   周期比：

五、周期比：主要为控制结构扭转效应.限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响，见高规4.3.5及相应的条文说明。周期比不满足要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。
       周期比不满足时的调整方法：
       1、程序调整：SATWE程序不能实现。
       2、人工调整：只能通过人工调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度；由于结构外围的抗侧力构件对结构的抗扭刚度贡献最大，所以总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，或适当削弱结构中间墙、柱的刚度；利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，或削弱需要增大周期方向的刚度。当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整：
        1）SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。
        2）结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。见抗规3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。
        3）当第一振型为扭转时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度。
        4）当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的抗侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。
         5）在进行上述调整的同时，应注意使周期比满足规范的要求。
         6）当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求；当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求

周期比超限就说明结构的抗扭刚度较小,因此减小结构中部构件刚度,加强结构周边构件刚度就最有效的办法,另外质心与刚心距离相差太远也有较大影响,应尽量调整使刚心与质心距离不要太大.周期比过大，说明了结构刚度分布不均匀偏心过大。需要调整结构的刚心，1~3楼所说的是一种方法，即增大周边结构的刚度从而增大结构整体抗扭刚度。当然，增加梁高往往会受到建筑功能的限制，有时是无法实现的。这种情况下可通过调整结构布置减少刚度偏心的方法。

六、刚重比：主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌，规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。见高规5.4.1和5.4.2.5.4.4及相应的条文说明。规范下限主要是控制重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌。见高规5.4.4及相应的条文说明。

刚重比：主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳，主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆见高规5.4.1和5.4.4。

刚重比不满足规范上限要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
        刚重比不满足时的调整方法：
        1、程序调整：SATWE程序不能实现。程序调整：刚重比不满足规范上限要求，在SATWE的“设计信息”中勾选“考虑P-Δ效应”，程序自动计入重力二阶效应的影响。
        2、人工调整：只能通过人工调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

六、 层间受剪承载力比：

主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力

沿竖向突变，形成薄弱层，见抗规3.4.2，高规4.4.3及相应的条文说明；对于形成的薄弱层应按高规5.1.14予以加强。

    层间受剪承载力比不满足时的调整方法：

    1、程序调整：在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，将该楼层强制定义为薄弱层，SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。

    2、人工调整：如果还需人工干预，可适当提高本层构件强度（如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。

如果结构竖向较规则，第一次试算时可只建一个结构标准层，待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层；这样可以减少建模过程中的重复修改，加快建模速度。

上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变，在调整过程中可能相互关联，应注意不要顾此失彼。

上述调整方法针对的是一般的高层结构，对于复杂的高层结构还需要更多的经验和专业知识才能解决问题。

6、剪跨比： 梁的剪跨比，剪力的位置a与h0的比值。剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时 也反映在受剪承载力的公式上。柱的剪跨比： ，若反弯点在柱子层高范围内，可取 柱子的剪跨比小于2时，需要全长加密，见混凝土规范11.4.12、11.4.17。

7、剪压比（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。

9、跨高比：梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。

10、延性比：延性比即为弹塑性位移增大系数。延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移（P-delta）、水平荷载-层间位移等曲线。 结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等

如果结构竖向较规则，第一次试算时可只建一个结构标准层，待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层；这样可以减少建模过程中的重复修改，加快建模速度。

编写：韩武钦

特别鸣谢：李世峰

住宅院结构室

2009-2-20

高层结构整体控制参数的关联性及刚度控制

结构整体控制是高层结构抗震设计的重要环节，各控制参数与结构抗侧力构件的刚度都有着直接的或间接的关系，因此也就不可避免地相互关联。认识各控制参数之间的关联性，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加经济合理。本文就此抛砖引玉，和大家共同探讨这一课题。 
结构整体控制的过程，也就是对结构的刚度控制、调整的过程。控制参数中，位移比和周期比不仅与结构的刚度有关，也与结构的刚度分布情况有关。这两个参数反映了结构的扭转性能，是结构整体控制的难点，也是结构整体控制的入手之处。 
位移比&周期比：由于位移比是在“全楼刚性楼板”的假定下计算的，这时的每层楼板都是刚体，因为考虑偶然偏心，在水平地震力的作用下即使是规则对称的结构也不可能是纯粹的平动，其最大层间位移一定是发生在楼层四角部位的某处。所以一般情况下位移比是由结构四角部位的层间位移决定的。因此调整结构外围抗侧力构件的刚度是控制位移比的最为有效的方法。周期比的控制在于结构具备足够的抗扭转刚度，而结构外围抗侧力构件对结构的抗扭转刚度贡献最大。因此调整结构外围抗侧力构件刚度以控制位移比时，必然对周期比产生较大影响。考虑到对周期比的影响，可根据周期比的大小采用相应的方法调整位移比。当周期比大于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法。当周期比小于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对周期比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 
周期比&剪重比：分析反应谱曲线（地震影响系数曲线）可以发现，当结构的自振周期超过特征周期后，地震影响系数呈减小趋势，并且在自振周期较小的情况下，减小的较快。也就是说，结构的周期越大，地震的作用越小；结构的周期越小，地震的作用越大。利用这个规律，当结构某主轴方向的剪重比不满足规范要求时，可通过加强该主轴方向的刚度来减小结构的自振周期，以增大结构的地震作用，进而增大剪重比。还可以根据反应谱曲线将结构的自振周期控制在适当的范围内，以获得更大的地震作用。同样，在调整周期比时，也应根据剪重比的大小区别对待。当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法。当某主轴方向的剪重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。 
位移比&剪重比：如前面所述，位移比的调整将影响到结构的自振周期，进而对结构的地震作用产生影响，使结构的剪重比发生变化。因此调整位移比时应注意，当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向剪重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对剪重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 
位移比&刚重比：分析刚重比的定义可以发现，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系。即在结构的质量基本保持不变的情况下，结构的侧移刚度越大，刚重比越大；结构的侧移刚度越小，刚重比越小。如前面所述，位移比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整位移比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对刚重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 
周期比&刚重比：如前面所述，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整周期比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。特别是当结构的周期比接近规范限值时，应采用加强结构外围刚度的方法。   
周期比&刚度比：结构的侧移刚度按计算方法的不同分为三种，适用于底部一层为转换层的剪切刚度；适用于底部二层及二层以上为转换层的剪弯刚度；适用于大多数结构的楼层剪力与层间位移之比（规范算法）。这三种刚度虽然定义不同，但都反映了结构的侧移性能。特别是适用于大多数结构的规范算法，是结构位移、周期等参数计算的基础。结构楼层刚度比的调整将改变部分相关楼层的刚度，从而影响结构的自振周期。为了不致对周期比产生影响，特别是当周期比接近规范限值时，在调整楼层刚度比时，应注意不要削弱结构的抗扭转刚度。同样，对周期比的调整也可能对某些竖向不规则的结构（如带转换层的结构）的刚度比产生影响。由于竖向抗侧力构件不连续，调整时一定要注意使转换层上下刚度相宜。 
位移比&刚度比：如前面所述，结构楼层刚度比的调整将改变部分相关楼层的刚度，从而影响结构的位移。为了不致对位移比产生影响，特别是当位移比接近规范限值时，在调整楼层刚度比时，应注意要以结构的质心为中心对称调整。同样，对位移比的调整也可能对某些竖向不规则的结构（如带转换层的结构）的刚度比产生影响。由于竖向抗侧力构件不连续，调整时一定要注意使转换层上下刚度相宜