pkpm错层结构的建模方式
PKPM建模基本流程及操作
PKPM建模基本流程及操作（用于建模验算）（上）1.软件界面介绍1.1 软件初始界面软件初始界面如图1-1所示，该软件版本为PKPM2010v5.13版本（根据相关设计规范的更新，决定版本更新）。
该版本包括六大主要功能模块，结构、砌体、钢结构、鉴定加固、预应力、工具工业。
其中比较常用的结构、砌体、钢结构。
结构主要是与混凝土框架结构有关的建模。
砌体包括了纯砌体结构建模和底框结构建模。
钢结构包括了排架结构、门式钢架、网壳结构、轻钢薄壁结构等，鉴定加固包括了混凝土结构、砌体结构、钢结构加固设计，此模块在工程检测中应用较少。
预应力主要是预应力混凝土结构建模，此项在工程检测中也应力较少。
工具工业主要是针对特种结构进行建模，如烟囱、水池，此模块中也包括一些计算小工具，如计算单个构件的配筋、内力等。
针对工程检测中涉及到与结构验算相关的工作，一般采用PKPM软件模块中结构、砌体、钢结构即可，涉及到如烟囱的检测（混凝土烟囱），可用工具工业中包含的烟囱设计模块进行建模验算。
图1-1 软件初始界面1.2 软件工作界面软件工作界面如图2-1所示，软件工作界面大致由建模功能菜单栏、计算结果功能菜单栏、图形显示区、工具栏、命令显示区组成。
图1-2 软件工作界面2 建模流程PKPM软件中，PMCAD模块是建模重要结构模块，其主要作用是建立结构三维模型，定义构件材料，以及结构相关设计参数等。
建模流程图如图2-1所示。
图2-1 PKPM建模流程3 建模具体细节3.1工作文件创建建模工作开始前，需要建立一个工作目录文件，即创建一个文件夹，建模过程生成的各种文件会自动保存在这个工作目录中。
具体流程如图3-1。
首先创建一个文件夹（教学-1），文件夹可以创建在任何盘里，也可以创建在桌面。
然后打开PKPM软件。
（a）（b）（c）图3-1然后在对应模块中点击图3-1（b）中圆圈中的新建项目，选中“教学-1”工作目录，点击“确认”完成工作目录创建。
pkpm建模全过程
PKPM建模全过程出图容：说明，根底，柱配筋图，梁配筋图，板配筋图，必要的大样图。
调模型技巧：对于多层结构，首先保证前两阶周期为平动，第三阶为扭转，且扭转周期比根本周期要小于0.85;当扭转周期比根本周期大于0.85时，应保证第二周期为平动。
当第三周期为平动时，说明该方向的平动比拟刚，即需要减弱该方向。
一、仔细查看建筑图，建模时应使建筑的外边线与结构模型齐平。
、构件截面尺寸确实定:设计时可先估算一个尺寸，一般8m的柱距可采用400*400或者450*450即可。
主梁取：h=(1/10-1/15)l, b=(1/3-1/2)h;次梁：h=(1/12-1/20)l, b=(1/3-1/2)h ;l 为跨度暖管井可直接去200*400单向板：h=L0/30 — L0/35 且hM 60mm双向板：h=L0/40 — L0/45 且hM 80mmL0为计算跨度，可取支座中心线之间的距离和 1.15Ln〔净跨〕两者的较小值〔跨度为较小板宽〕。
地下室顶板厚度不宜小于160mm顶层楼板厚度不宜小于120mm〈〈高规3.6.3 »悬挑板：板厚取跨度的1/10.三、PMCAD建模将CAD中的轴线导入PKPM :前提CAD中轴线必须在同一个图层上，量一下轴线长度是否与标注的一样即可。
步骤：TSSD打开建筑图一一选中轴线，采用CX命令〔恢复原图，点CX后右击〕一一W 命令建立外部块，并另存为04版——PKPM中PMCAD6 Autocad平面图向建筑模型转化——DWG转图一一打开DWG , “轴网"命令并点击导入的轴网一一转换成建筑模型数据——返回建模一一保存退出一一请选择中不选“清理无用的网格、节点"并确定一一继续退出程序——PM11. 先查阅〈〈抗规》6.1.2确定抗震等级。
2. 框架梁不须每根尺寸一样。
当梁的跨度较小时，梁高也不应取大。
当跨高比小于5时，构件易发生剪切破坏而不是弯曲破坏。
PKPM建模步骤
PKPM建模步骤PKPM（广义梁-库尔宾斯基轴侧力平衡法）是分析和设计结构的一种经典方法，广泛应用于建筑工程领域。
其建模步骤主要包括：1.建立模型准备阶段2.制定假设和参数设定阶段3.解决模型阶段4.分析和优化阶段5.模型校核和设计生成阶段下面将对每个步骤进行详细介绍。
第一步：建立模型准备阶段1.收集结构的几何形状和材料参数。
这包括建筑的平面布局图、剖面图、立面图以及相关的材料参数如弹性模量、截面性能等。
2.划定计算模型的边界条件。
根据结构的实际情况，划定结构模型的边界条件，包括固定支座、荷载作用点、约束条件等。
3.确定荷载情况。
根据设计要求和结构用途，确定结构所受到的静荷载、动荷载、温度荷载等。
4.选择合适的计算方法。
根据结构的复杂程度以及分析的目的，选择合适的计算方法和理论。
第二步：制定假设和参数设定阶段1.根据结构的实际情况，制定合理的假设条件。
如忽略结构的非线性行为、假设结构为刚性等。
2.确定材料参数。
根据结构所采用的材料，确定弹性模量、泊松比、截面形状、抗弯承载力等参数。
3.确定约束条件。
根据结构实际情况，确定固定支座、可移动支座或自由边界等约束条件。
第三步：解决模型阶段1.根据输入的几何形状、材料参数、边界条件和荷载情况，利用PKPM软件建立结构模型。
2.对建立的模型进行网格划分，选择合适的节点和单元，以便进行力的平衡计算。
3.建立主方程，利用力的平衡条件解决节点的位移和受力情况。
第四步：分析和优化阶段1.根据计算结果，对结构进行分析。
主要从结构的稳定性、静力学平衡、变形等方面进行分析。
2.对结构进行优化设计。
通过调整结构的几何形状、材料参数等，以达到结构的性能要求。
第五步：模型校核和设计生成阶段1.对计算结果进行校核。
校核主要包括验证计算所得的结构受力情况是否满足设计要求，并结合实际情况，判断结构的安全性和合理性。
2.生成详细设计和施工图纸。
根据校核结果，生成结构的详细设计和施工图纸，以供施工和监理使用。
pkpm错层结构的建模方式
错层结构是指在建筑中同层楼板不在同一高度,并且高差大于梁高(或大于500mm)的结构类型.错层结构由于楼板不连续,会引起构件内力分配及地震作用沿层高分布的复杂化,错层部位还容易形成不利于抗震的短柱和矮墙,属于复杂多高层结构,因此错层结构在建模,计算,出图等各个设计环节上都有其特殊性,比平层结构的设计要困难得多.下面结合PKPM软件,谈谈错层结构设计分析中应注意的问题.1错层结构的建模方式1.1错层框架结构建模1.修改xx标高方式该方式适用于仅有个别楼层的个别房间错层的情况.PMCAD提供了【上节点高】,【错层斜梁】及单击鼠标右键的快捷构件修改方式,来指定或修改梁两端的标高,使部分房间周边的梁与同楼层其他梁标高不同.根据PKPM软件自动生成楼板,且楼板标高总与周边梁标高对齐的规律,使得这部分房间楼板标高也与该楼层其他楼板标高不同,从而实现了错层设计.2.增加标准层方式该方式适用于很多楼层大量房间错层的情况.如果仍然使用修改梁标高的方式,虽然可行,但手工计算错层标高繁冗易出错,修改的工作量太大.在PMCAD模型输入时,结构层的划分原则是以楼板为界,通过增加标准层,将错层部分的楼板人为地分开,实现相同楼层梁板标高不同的目的.该方式在工程中广泛应用,下面举例说明该类错层结构的建模过程.某框架错层结构(图1),平面可均匀地划分为左,中,右三部分.左边1层,层高5m;中间2层,层高4m;右边2层,层高3m.该错层结构由于有5个不同标高的楼板,通过增加标准层后按5个标准层建立模型,楼层的层高取各楼板的高差,建模时仅复制轴网,梁和柱的布置范围按表1操作.模型各楼层数据表1楼层号层高(m)柱布置范围xx布置范围层1 3全部右边层2 1全部中间层3 1全部左边层4 1中间和右边层5 2中间1.2错层剪力墙结构建模错层剪力墙结构也采用增加标准层的方式,但由于结构中没有梁,不能以梁确定楼板的标高;同时因为墙在立面上是连续的,也不能以墙确定楼板的标高.楼层标高应通过【楼层组装】命令在楼层表中设定,程序自动在指定标高处布置整层楼板,而错层结构中没有楼板的部分,可以用【楼板开洞/全房间洞】命令将其设置为洞口,或用【修改板厚】命令将板厚设定为0.这两条命令在开洞效果方面完全一致,不同之处仅在于前者在开洞处没有板荷载,而后者保留了开洞处的荷载,设计人员可以灵活选用.1.3错层框剪结构建模可综合采用错层框架结构和剪力墙结构的方法.1.4错层砌体结构建模单从建模角度看,错层砌体结构可以采用错层混凝土剪力墙的建模方式;但从设计角度看,由于砌体结构按规范要求应采用基底剪力法作分析,而基底剪力法仅适用于平面规则对称的结构,不适用于错层结构分析.因此在抗震设防烈度较高的地区,不宜设计带错层的砌体结构.如楼板高差小于500mm,砌体结构可按没有错层设计;如楼板高差大于500mm,可通过设缝将错层砌体结构转换为不带错层的结构.1.5错层多塔结构建模错层多塔结构建模时,可以先用PMCAD按相同的楼层标高建立多塔模型,再利用SATWE前处理"多塔结构补充定义"中的【多塔立面/修改参数】命令,将各塔楼的相关塔段设定为不同的层高.1.6建模注意事项(1)PM1中的【布层间梁】命令不是用来做错层结构的,其仅用于布置楼层之间的梁(如工业厂房的圈梁),该梁上不生成楼板.(2)PM2中的【楼板错层】命令主要用于设定部分房间楼板不同于本层标高,且高差较小的情况(如卫生间),而不能改变梁的标高,且仅对施工图有效,对计算没有影响,不能用于建立错层模型.2错层结构的计算分析2.1错层对结构抗震性能的不利影响1)错层结构的楼板不连续,在没有楼板的区域,存在跃层构件和不受楼板和梁约束的自由节点,使内力计算十分复杂.2)错层结构的各层楼板布置不均匀,不对称,质心和刚心严重偏置,在水平地震作用或风荷载下会发生较大的扭转效应.3)错层结构引起楼层概念模糊,如例题本来是2层的框架结构,由于建模和计算的需要,人为地变成了5层,使以层模型为基础的计算分析与实际不符.4)错层结构的层高不一致,容易造成延性较差的短柱和矮墙,对结构抗震很不利.2.2错层结构计算分析中应注意的问题(1)根据规范精神,错层结构中,错开的楼层应各自参加结构整体计算,不应归并为一层计算.但各自独立计算的错层楼板不宜简单地按"刚性楼板"假定计算,特别是楼板被洞口切分成狭长板带时,应考虑楼板面内刚度消弱的影响.建议将这些楼板设定为"弹性膜",用SATWE计算时选择"总刚分析方法",将按两种模型定义的楼板的计算结果进行分析对比.(2)在没有楼板的区域可能存在大量的跃层竖向构件和不受梁板约束的自由节点,因此"计算振型个数"需要增多,以保证有效质量系数大于0.9.(3)错层结构属于复杂多高层结构,抗震计算时应选择"考虑双向地震作用";如是高层错层结构,还应选择"考虑偶然偏心".新版SATWE程序允许同时选择以上两项,程序分别计算,取不利情况.(4)错层结构层高不一致,使有关楼层间的控制参数,如层间位移比,层间刚度比,层间受剪承载力比等计算失真,因此不宜机械地直接采用这些数值,而应加以分析判断和手工校核调整,确定其是否合理.(5)SATWE可自动搜索错层结构中的跃层柱及正确设定其计算长度系数,但内力和配筋只能按楼层分段描述,设计人员可取各段配筋中的最大值出图.(6)目前SATWE没有自动搜索分析短柱和矮墙的功能,需要设计人员手工对这些容易发生脆性破坏的构件采取特别的加强措施.(7)考虑到错层结构计算分析的复杂性和不确定性,除了用SATWE等软件进行常遇地震下的弹性计算以外,必要时还应采用EPDA程序进行弹塑性动力时程分析和Pushover弹塑性静力分析,以便对比验算及找出需要加强的薄弱部位.(8)带转换层,加强层,连体,多塔等情况,或建筑各部分层数,结构布置或刚度等有较大不同的错层高层结构,即属于明显不规则的复杂高层建筑,根据建设部令第111号的精神,应进行专项审查,这是保证错层结构设计质量的重要措施.3错层结构的方案选择和抗震构造措施由于错层结构在很大程度上违反了计算分析程序的基本假定,使有限元计算未必能得到与实际工程相符的合理结果.如能回避,应尽量采用没有错层结构的设计方案.如不能回避,对错层结构更应当强调概念设计,方案选择和抗震措施的重要性.3.1尽可能选择没有错层的设计方案高规(JGJ3-2002)10.4.1条规定,抗震设计时,高层建筑宜避免错层,可以参考以下办法:1)如结构的错层楼板高差不大于梁高(或不大于500mm)时,可忽略楼板的高差,按没有错层计算.2)当结构仅有错层梁而没有错层楼板时,可以在PKPM中用布置层间梁的方式建模,按非错层结构进行计算.3)当房屋不同部位因功能不同使楼层错层时,宜采用防震缝划分为独立的结构单元,分别按非错层结构计算.4)多塔结构各塔层高不一致时,由于SATWE程序可以分别定义各塔层高及整体计算分塔输出结果,使这类错层多塔结构的建模和计算变得相对方便.3.2优化错层结构设计方案1)在有可能的情况下,尽量减少错层的范围和错层的楼层数.2)错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系.3)错层建筑应尽可能采用抗震性能好的混凝土剪力墙结构,而不宜采用框架结构(例题仅为说明错层的建模方式,没有推荐之意).4)错层处宜设置通高核心筒,其余部位布置带翼缘的剪力墙,错层处的剪力墙应少开洞,并布置边框柱和边框梁.5)错层楼板应尽量避免"一错到顶",可以每隔几个错层布置整层贯通楼板,板厚不小于150mm,双层双向配筋,每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%.3.3强化错层结构的抗震构造措施(1)高层建筑错层处框架柱的截面高度不应小于600mm,混凝土不应低于C30,抗震等级应提高一级采用,箍筋应全柱段加密,并从严控制柱的轴压比.(2)错层处平面外受力的剪力墙,其截面厚度,非抗震设计时不应小于200mm,抗震设计时不应小于250mm,并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用,水平和竖向分布钢筋的配筋率,非抗震设计时不应小于0.3%,抗震设计时不应小于0.5%,建议错层处墙肢按照剪力墙底部加强部位的要求增大剪力设计值.。
PKPM08结构软件解析
主要内容08版PKPM结构软件 应用解析软件咨询部-郭丽云 中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所1模型输入常见问题 SATWE参数详解 SATWE参数详解 软件应用常见问题 常见问题 软件205、08建模方式不同的几类结构模型的输入1. 2. 3. 错层结构类的“广义楼层”的模型如何建立？（08版） 错层、错层梁如何合并与简化（05版、08版） 层间梁如何建模？两版本对其上荷载输入、构件简化等如何处理？ （05版、08版） 4. 越层支撑如何输入？（08版） 5. 越层钢支撑输入时需注意的问题（05版） 6. 错层墙、斜墙如何输入？（08版） 7. 为何墙节点抬高时模型与计算结果不符？（05版） 8. 坡屋面模型如何建立？新版有哪些重要改进？（05、08版） 9. 多塔结构类的广义楼层的模型输入（08版） 10. 如何合理建立多塔结构中各塔层高不同时的模型？（05、08版） 11. 如何利用模型检查的定位功能（08版） 12. 如何利用构件拾取功能（08版） 1. 2. 3.几种特殊形式结构模型的输入异形柱结构选择柱截面类型时的注意事项（05、08版） 产生悬空梁、悬臂梁的原因（05、08版） 如何处理柱内有多节点的连接，新旧版对“刚性梁”的处理有何 不同？（05、08版） 4. 如何合理建立“一根柱抬两根柱”的模型？（05、08版） 5. 如何合理建立“一根梁抬两片墙”的模型？（05、08版） 6. 如何解决复连通域的导荷问题？（05、08版） 7. 铰接梁定义不当会造成什么问题？（05、08版） 8. 一个节点上所连梁数超过程序规定限值时如何处理？（05、 08版） 9. 如何应用PMCAD建立椭圆模型？（05、08版） 10. 建模时如何避免短梁？（05、08版） 11. 梁上可以输入节点荷载吗？（05、08版）345层 4层3层5层柱底标高下延-10000 与1层柱衔接2层 1层上节点高上延2000与5 层柱衔接1层错层结构类的“广义楼层”的模型如何建立5新的错层结构建模方法61错层、错层梁的合并、简化当结构产生错层、错层梁时，如果错层在梁高的范围内， 则最好合并，简化为同一标高的梁分析、设计。
PKPM,多层框架结构设计,多层框架结构设计的主要步骤
PKPM,多层框架结构设计,多层框架结构设计的主要步骤PKPM,多层框架结构设计,多层框架结构设计的主要步骤一、执行PMCAD主菜单1，输入结构的整体模型（一）根据建筑平、立、剖面图输入轴线1、结构标准层“轴线输入”1）结构图中尺寸是指中心线尺寸，而非建筑平面图中的外轮廓尺寸2）根据上一层建筑平面的布置，在本层结构平面图中适当增设次梁3）只有楼层板、梁、柱等构件布置完全一样（位置、截面、材料），并且层高相同时，才能归并为一个结构标准层2、“网格生成”——轴线命名（二）估算（主、次）梁、板、柱等构件截面尺寸，并进行“构件定义”1、梁1）抗震规范第6.3.6条规定：b≥2002）主梁：h = (1/8～1/12) l ，b＝(1/3～1/2)h3）次梁：h = (1/12～1/16) l ，b＝(1/3～1/2)h2、框架柱：1）抗震规范第6.3.1条规定：矩形柱b c、h c≥300，圆形柱d≥3502）控制柱的轴压比——柱的轴压比限值，抗震等级为一到四级时，分别为0.7～1.0 ——柱轴力放大系数，考虑柱受弯曲影响，＝1.2～1.4——楼面竖向荷载单位面积的折算值，＝13～15kN/m2——柱计算截面以上的楼层数——柱的负荷面积3、板楼板厚：h = l /40 ～ l /45(单向板) 且h≥60mmh = l /50 ～ l /45(双向板) 且h≥80mm（三）选择各标准层进行梁、柱构件布置，“楼层定义”1、构件布置，柱只能布置在节点上，主梁只能布置在轴线上。
2、偏心，主要考虑外轮廓平齐。
3、本层修改，删除不需要的梁、柱等。
4、本层信息，给出本标准层板厚、材料等级、层高。
5、截面显示，查看本标准层梁、柱构件的布置及截面尺寸、偏心是否正确。
6、换标准层，进行下一标准层的构件布置，尽量用复制网格，以保证上下层节点对齐。
（四）定义各层楼、屋面恒、活荷载，“荷载定义”1、荷载标准层，是指上下相邻且荷载布置完全相同的层。
PKPM框架结构建模流程
PKPM框架结构建模流程PKPM框架是一种常用的计算机辅助设计（CAD）软件框架，用于建立和分析结构工程模型。
它被广泛应用于建筑和土木工程领域，可以对结构的稳定性、强度和刚度等进行分析和计算。
下面将详细介绍PKPM框架的建模流程。
1.计划和准备在开始建模之前，需要进行规划和准备工作。
首先，明确建模的目标和需求，确定建模的范围和级别。
然后，收集和整理相关的设计资料，包括结构图纸、荷载数据、材料参数等。
根据设计要求，制定建模的计划和工作流程。
2.建立模型在PKPM框架中，常用的建模方法包括手动建模和导入模型。
手动建模是指通过在PKPM软件中逐个绘制元素和输入参数来构建结构模型。
导入模型是指通过从其他CAD软件或者PKPM预设模板中导入已有的模型。
根据建模的复杂程度和要求，选择合适的建模方法。
3.输入参数在建立模型后，需要输入相关的参数。
包括结构的材料参数、截面参数、构件的几何参数、荷载数据等。
PKPM框架提供了丰富的参数设置和输入方式，可以根据实际情况进行选择和调整。
4.设定边界条件边界条件是指结构模型的边界和约束条件。
在PKPM框架中，可以设定节点的固定支座、弹性支座和可调支座等。
通过设定合适的边界条件，可以模拟结构的实际工作状态。
5.进行分析计算在完成参数设置和边界条件设定后，可以进行结构的分析计算。
PKPM框架提供了静力分析、动力分析、稳定性分析等多种分析方法。
根据设计要求和工况情况，选择合适的分析方法进行计算。
6.结果检查和优化计算完成后，可以对计算结果进行检查和分析。
包括结构的位移、内力、应力等数据。
根据检查结果，可以对模型进行调整和优化。
如增加梁、柱或加强部分构件的尺寸，改变材料参数等。
7.输出结果和报告最后，可以将计算结果输出到报告或图纸中。
PKPM框架可以生成各种图表和图纸，包括荷载图、受力图、构件图纸等。
通过输出结果和报告，可以传达计算和分析的结果，为结构的改进和施工提供参考。
总结：PKPM框架结构建模流程主要包括计划和准备、建立模型、输入参数、设定边界条件、进行分析计算、结果检查和优化以及输出结果和报告等步骤。
PKPM多塔、设缝的建模和计算
PKPM多塔、设缝的建模及计算处理沈耀军张吉徐飞略中国建筑科学研究院PKPM工程部2009年7月一、多塔的建模方法建模方式一：普通层模型多塔补充定义对于在PMCAD建立的普通层模型多塔结构，需要在TAT、SATWE、PMSAP软件前处理程序中进行多塔定义，其定义方法为：1）多塔指定时，按程序提示依次输入塔楼起始、终止层号、塔总数以后，在平面图中以围区的方式指定各塔范围内的构件；但需注意，同一个构件只能也必须属于某一塔，塔号应以塔高最高者为1号塔，从高到矮依次进行编号，且总塔数不能大于9个；2）多塔结构中的各塔，如果层高、梁、柱、墙构件砼等级及钢号需要更改时，均可以在“多塔立面”中执行。
建模方式二：多塔结构广义层建模按方式一进行多塔建模，所有的塔楼平面都在同一标准层中布置完成，下一层的楼顶标高即是上一层的层底标高，任何楼层都只能和层号紧相邻的上下层相连。
新增的广义层建模方式，单塔子结构在标准层建模时只需考虑与大底盘结构的连接问题，而与其他塔楼无关，楼层组装时直接定义楼层底标高即可，不需要再补充定义多塔信息。
因此，广义层建模方式是对建模方式一的有效扩充，适合复杂多塔工程的建模。
多塔结构采用广义层建模的步骤如下：1）分别建立大底盘部分的标准层及大底盘以上各单塔独立的标准层模型，各单塔标准层的节点网格坐标要求和大底盘标准层对齐；对于像地下室相连、地面部分裙房脱开的层叠状多塔结构，可分离为地下室大底盘标准层、多个裙房标准层及各裙房以上的单塔标准层模型。
2）楼层组装时先勾选“自动计算底标高(m)”按楼层组装顺序自下而上完成第一个单塔（包括裙房）的组装；然后取消勾选“自动计算底标高(m)”项并指定第二个单塔底部标高为裙房顶部标高，然后重新勾选“自动计算底标高(m)”，依次将第二塔的各楼层添加组装完毕，目前广义层模型的楼层总数暂不能超过190层、塔数7个。
两种基本建模方式的区别1、所需标准层不同-广义层需要较多标准层广义层建模方式需要的标准层和建模方式一相比，除了大底盘部分一样，上部的标准层数量一般均大于建模方式一，这是因为广义层建模法将建模方式一中的多塔标准层拆分成各塔独立的标准层；2、楼层组装方式不同按建模方式一，自下而上依次添加楼层；广义层建模方式先自下而上完成第一个单塔，然后其余单塔通过修改楼层底标高以大底盘顶部为基底依次组装完成，由程序自动判别所有楼层的空间位置并形成连接。
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pkpm错层结构的建模方式
错层结构是指在建筑中同层楼板不在同一高度,并且高差大于梁高(或大于500mm)的结构类型.错层结构由于楼板不连续,会引起构件内力分配及地震作用沿层高分布的复杂化,错层部位还容易形成不利于抗震的短柱和矮墙,属于复杂多高层结构,因此错层结构在建模,计算,出图等各个设计环节上都有其特殊性,比平层结构的设计要困难得多.下面结合PKPM软件,谈谈错层结构设计分析中应注意的问题.
1 错层结构的建模方式
1.1 错层框架结构建模
1.修改梁标高方式
该方式适用于仅有个别楼层的个别房间错层的情况.PMCAD提供了【上节点高】,【错层斜梁】及单击鼠标右键的快捷构件修改方式,来指定或修改梁两
端的标高,使部分房间周边的梁与同楼层其他梁标高不同.根据PKPM软件自动生成楼板,且楼板标高总与周边梁标高对齐的规律,使得这部分房间楼板标高也与该楼层其他楼板标高不同,从而实现了错层设计.
2.增加标准层方式
该方式适用于很多楼层大量房间错层的情况.如果仍然使用修改梁标高的方式,虽然可行,但手工计算错层标高繁冗易出错,修改的工作量太大.在PMCAD模型输入时,结构层的划分原则是以楼板为界,通过增加标准层,将错层部分的楼板人为地分开,实现相同楼层梁板标高不同的目的. 该方式在工程中广泛应用,下面举例说明该类错层结构的建模过程.某框架错层结构(图1),平面可均匀地划分为左,中,右三部分.左边1层,层高5m;中间2层,层高4m;右边2层,层高3m.该错层结构由于有5个不同标高的楼板,通过增加标准层后按5个标准层建立模型,楼层的层高取各楼板的高差,建模时仅复制轴网,梁和柱的布置范围按表1操作.
模型各楼层数据
表1
楼层号层高(m)柱布置范围梁布置范围
层1 3 全部右边
层2 1 全部中间
层3 1 全部左边
层4 1 中间和右边右边
层5 2 中间中间
1.2 错层剪力墙结构建模
错层剪力墙结构也采用增加标准层的方式,但由于结构中没有梁,不能以梁确定楼板的标高;同时因为墙在立面上是连续的,也不能以墙确定楼板的标高.楼层标高应通过【楼层组装】命令在楼层表中设定,程序自动在指定标高处布置整层楼板,而错层结构中
没有楼板的部分,可以用【楼板开洞/全房间洞】命令将其设置为洞口,或用【修改板厚】命令将板厚设定为0.这两条命令在开洞效果方面完全一致,不同之处仅在于前者在开洞处没有板荷载,而后者保留了开洞处的荷载,设计人员可以灵活选用.
1.3 错层框剪结构建模
可综合采用错层框架结构和剪力墙结构的方法.
1.4 错层砌体结构建模
单从建模角度看,错层砌体结构可以采用错层混凝土剪力墙的建模方式;但从设计角度看,由于砌体结构按规范要求应采用基底剪力法作分析,而基底剪力法仅适用于平面规则对称的结构,不适用于错层结构分析.因此在抗震设防烈度较高的地区,不宜设计带错层的砌体结构.如楼板高差小于500mm,砌体结构可按没有错层设计;如楼板高差大于500mm,可通过设缝将错
层砌体结构转换为不带错层的结构.
1.5 错层多塔结构建模
错层多塔结构建模时,可以先用PMCAD按相同的楼层标高建立多塔模型,再利用SATWE前处理"多塔结构补充定义"中的【多塔立面/修改参数】命令,将各塔楼的相关塔段设定为不同的层高.
1.6建模注意事项
(1)PM1中的【布层间梁】命令不是用来做错层结构的,其仅用于布置楼层之间的梁(如工业厂房的圈梁),该梁上不生成楼板.
(2)PM2中的【楼板错层】命令主要用于设定部分房间楼板不同于本层标高,且高差较小的情况(如卫生间),而不能改变梁的标高,且仅对施工图有效,对计算没有影响,不能用于建立错层模型.
2 错层结构的计算分析
2.1 错层对结构抗震性能的不利影响
1)错层结构的楼板不连续,在没有楼板的区域,存在跃层构件和不受楼板和梁约束的自由节点,使内力计算十分复杂.2)错层结构的各层楼板布置不均匀,不对称,质心和刚心严重偏置,在水平地震作用或风荷载下会发生较大的扭转效应.3)错层结构引起楼层概念模糊,如例题本来是2层的框架结构,由于建模和计算的需要,人为地变成了5层,使以层模型为基础的计算分析与实际不符.4)错层结构的层高不一致,容易造成延性较差的短柱和矮墙,对结构抗震很不利. 2.2 错层结构计算分析中应注意的问题
(1)根据规范精神,错层结构中,错开的楼层应各自参加结构整体计算,不应归并为一层计算.但各自独立计算的错层楼板不宜简单地按"刚性楼板"假定计算,特别是楼板被洞口切分成狭长板带时,应考虑楼板面内刚度消弱的影响.建议将这些楼板设定为"弹性膜",用SATWE计算时选择"总刚分析方法",将按两种模型定义的楼板的计算结果进行分析对比.
(2)在没有楼板的区域可能存在大量的跃层竖向构件和不受梁板约束的自由节点,因此"计算振型个数"需要增多,以保证有效质量系数大于0.9.
(3)错层结构属于复杂多高层结构,抗震计算时应选择"考虑双向地震作用";如是高层错层结构,还应选择"考虑偶然偏心".新版SATWE程序允许同时选择以上两项,程序分别计算,取不利情况.
(4)错层结构层高不一致,使有关楼层间的控制参数,如层间位移比,层间刚度比,层间受剪承载力比等计算失真,因此不宜机械地直接采用这些数值,而应加以分析判断和手工校核调整,确定其是否合理.
(5)SATWE可自动搜索错层结构中的跃层柱及正确设定其计算长度系数,但内力和配筋只能按楼层分段描述,设计人员可取各段配筋中的最大值出图.
(6)目前SATWE没有自动搜索分析短柱和矮墙的功能,需要设计人员手工对这些容易发生脆性破坏的构件采取特别的加强措施.
(7)考虑到错层结构计算分析的复杂性和不确定性,除了用SATWE等软件进行常遇地震下的弹性计算以外,必要时还应采用EPDA程序进行弹塑性动力时程分析和Pushover弹塑性静力分析,以便对比验算及找出需要加强的薄弱部位.
(8)带转换层,加强层,连体,多塔等情况,或建筑各部分层数,结构布置或刚度等有较大不同的错层高层结构,即属于明显不规则的复杂高层建筑,根据建设部令第111号的精神,应进行专项审查,这是保证错层结构设计质量的重要措施.
3 错层结构的方案选择和抗震构造措施由于错层结构在很大程度上违反了计算分析程序
的基本假定,使有限元计算未必能得到与实际工程相符的合理结果.如能回避,应尽量采用没有错层结构的设计方案.如不能回避,对错层结构更应当强调概念设计,方案选择和抗震措施
的重要性.
3.1 尽可能选择没有错层的设计方案
高规(JGJ3-2002)10.4.1条规定,抗震设计时,高层建筑宜避免错层,可以参考以下办法:1)如结构的错层楼板高差不大于梁高(或不大于500mm)时,可忽略楼板的高差,按没有错层计算.2)当结构仅有错层梁而没有错层楼板时,可以在PKPM中用布置层间梁的方式建模,按非错层结构进行计算.3)当房屋不同部位因功能不同使楼层错层时,宜采用防震缝划分为独立的结构单元,分别按非错层结构计算.4)多塔结构各塔层高不一致时,由于SATWE程序可以分别定义各塔层高及整体计算分塔输出结果,使这类错层多塔结构的建模和计算变得相对方便.
3.2 优化错层结构设计方案
1)在有可能的情况下,尽量减少错层的范围和错层的楼层数.2)错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系.3)错层建筑应尽可能采用抗震性能好的混凝土剪力墙结构,而不宜采用框架结构(例题仅为说明错层的建模方式,没有推荐之意).4)错层处宜设置通高核心筒,其余部位布置带翼缘的剪力墙,错层处的剪力墙应少开洞,并布置边框柱和边框梁.5)错层楼板应尽量避免"一错到顶",可以每隔几个错层布置整层贯通楼板,板厚不小于150mm,双层双向配筋,每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%.
3.3 强化错层结构的抗震构造措施
(1)高层建筑错层处框架柱的截面高度不应小于600mm,混凝土不应低于C30,抗震等级应提高一级采用,箍筋应全柱段加密,并从严控制柱的轴压比.
(2)错层处平面外受力的剪力墙,其截面厚度,非抗震设计时不应小于200mm,抗震设计时不应小于250mm,并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用,水平和竖向分布钢筋的配筋率,非抗震设计时不应小于0.3%,抗震设计时不应小于0.5%,建议错层处墙肢按照剪力墙底部加强部位的要求增大剪力设计值.。