第五章TATSATWE讲稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年5月29日星期五,#,04 十一月 2026,第五章TATSATWE讲稿,SATWE与TAT计算原理,SATWE,梁、柱，支撑,等杆件：用空间杆单元模拟,剪力墙,：在壳元基础上凝聚而成的墙元模型,楼板,：采用四种简化假定：整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板,TAT,梁、柱，支撑,等杆件：用空间杆单元模拟,剪力墙,：薄壁柱计算模型,楼板,：采用在平面内为无限刚性，平面外刚度为零的假定；对空旷结构可以定义弹性节点，不考虑楼板的作用。,SATWE计算模型空间杆墙板元模型,楼板有以下四种假定,名称,平面内刚度,平面外刚度,适用范围,刚性板,0(梁刚度放大),大多数工程,弹性膜,膜剪切刚度,0,楼板开大洞,弹性板3,EI,板柱体系,弹性板6,膜剪切刚度,EI,板柱及所有结构,注：计算T,t,/T,1,，,1,1.5(,1+,2,)/2及K,1,/K,2,时，应采用强制性刚性板假定,水平力与整体座标夹角：,它是地震力、风力作用方向与结构整体座标的夹角，逆时针方向为正。初始值为0，satwe可以自动计算出这个最不利方向角，并在wzq.out中输出。可根据把这个角度作为地震作用的方向角重新进行计算，以体现最不利地震作用的影响。,一般情况下取0，平面复杂或抗侧力结构非正交时，理应分别按各抗侧力构件方向角算一次，但实际按0，45各算一次即可，当程序给出最大地震力作用方向大于,15时,，可按该方向角输入计算，,配筋取三者的大值。,混凝土容重：,27kN/m,2,（在自重荷载有利的情况下，要取25kN/m,2,）。一般框架结构：25kN/m,2,，框剪结构：26kN/m,2,钢材容重：,78 kN/m,2,裙房层数：,按实际情况。高规及抗规规定：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；因此该数必须给定。,转换层所在层号：,抗规3.4.3“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1.251.5的增大系数”。,按实际情况。该指定只为程序决定底部加强部位及转换层上下刚度比的计算和内力调整提供信息，同时，当转换层号大于等于三层时，程序自动对落地剪力墙、框支柱抗震等级增加一级，,对转换层梁、柱及该层的弹性板定义仍要人工指定。,（层号为计算层号）,壳元最大边长：,高层规程5.3.6“当采用有限元模型时，应在复杂变化处合理的选择和划分单元”。,壳元最大边长是在墙元细分时需要的一个参数，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，为确保分析精度，要求小壳元的边长不得大于给定限值，程序限定1.0Dmax5.0，,隐含值为2.0,，该值对分析精度略有影响，但不敏感，对于一般工程，可取隐含值，对于框支剪力墙结构，可取的略小一些，取1.5或1.0。,地下室层数：,1、程序据此信息决定底部加强区范围和内力调整。,2、当地下室局部层数不同时，以主楼地下室层数输入。,3、地下室一般与上部共同作用分析；,4、地下室刚度大于上部层刚度的2倍，可不采用共同分析；,5、地下室与上部共同分析时，程序中相对刚度一般为3，模拟约束作用。当相对刚度为0，地下室考虑水平地震作用，不考虑风作用。,6、程序填3大概为70%80%的嵌固，填5就是完全嵌固，填在楼层数前加“-”，表示在所填楼层完全嵌固。到底怎样的土填3或填5，完全取决于工程师的经验。,7、该参数为导风荷载荷形成嵌固约束信息服务。,对所有楼板采用刚性楼板假定：,高层规程5.1.5“进行高层内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚”。位移计算（周期计算）必须在刚性楼板假定条件下计算得到，而构件设计应采用弹性楼板计算。,多层建筑：,抗规3.4.2,凹凸不规则，结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30；楼板局部不连续，楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50，或开洞面积大于该层楼面面积的30，或较大的楼层错层。,抗规3.4.3,凹凸不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计算扭转影响。,高层建筑：,高规5.1.5,、,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为无限刚性，相应的设计时应采取必要的措施保证楼板平面的整体刚度。,条文说明：,楼板有效宽度较窄的环形楼面或其他有大开洞楼面、有狭长外伸段楼面、局部变窄产生薄弱连接的楼面，联体结构的狭长连接体楼面等场合，楼板面内刚度有较大的削弱且不均匀，,楼板的面内变形会使楼层内抗侧刚度较小的构件的位移和受力加大（相对刚性楼板假定而言），计算时应考虑楼板面内变形的影响。,当楼板会产生较明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法进行适当的调整。一般可对楼板削弱部位的抗侧刚度相对较小的结构构件，适当增大计算内力，加强配筋和构造措施。,竖向不规则结构地震作用效应调整：,抗规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；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；抗规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。,针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比，来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数；通过用户输入的转换层号，来实现水平转换构件的地震内力放大。,墙元侧向节点信息：,对于多层结构，应选“出口”；对于高层结构，应选“内部”。,这是墙元刚度矩阵凝聚的一个控制参数，也是对剪力墙配筋计算精度和计算速度取舍的选择。若选“出口”，则把墙元因细分而在其内部增加的节点凝聚掉，,四边上的节点作为出口节点，,墙元的变形协调性好，分析结果符合剪力墙的实际，但计算量较大；若选“内部”，则只把墙元,上、下边的节点作为出口节点，,墙元的其他节点均作为内部节点而被凝聚掉，墙元的变形协调性较差，精度略差，但效率高，实用性好。,影响竖向构件轴向变形的因素,竖向杆件的相对刚度,地基的不均匀沉降,结构总高及所在层位,施工顺序等,重力荷载作用下，影响柱、墙轴向变形的因素有哪些？,高规5.1.9指出，高层建筑进行重力荷载作用效应分析时，柱、墙轴向变形宜考虑施工过程的影响。,在竖向荷载作用下，内力计算时，如何考虑施工加载顺序？,轴向变形的影响在结构内力分析中应当考虑(下图)。,顶层框架梁不考虑柱轴向变形的弯矩图,顶层框架梁考虑柱轴向变形的弯矩图,在考虑轴向变形影响时(特别是高层结构)，要考虑分层施工、层层找平的施工过程，不能简单按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果。在结构分析中，应根据建筑层数、地基等情况，可采用不同简化方法考虑施工顺序对轴向变形影响。,顶部位移差对杆件内力的影响,+,=,不考虑竖向构件轴向位移差,考虑轴向变形差,有什么区别？,如何确定,模拟施工加载的计算简图,？采用该简图有什么问题？,+,+,n,2,1,3,11,21,22,n1,n2,nn,n层结构模拟施工加载时，须要采用n个计算模型，计算繁杂。如下图所示：,如何简化,施工加载的计算简图,？,n,1,2,n,1,2,简化模型,施工加载的近似计算简图，只须要建立一个整体结构的计算模型即可，不须要分层建立计算模型。简化模型如下：,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。,序号,计算方法,轴向构件刚度,适用范围,基础受力,1,一次加载,EA,层数较少结构,极不均匀,2,分层加载,EA,基础沉降均匀的多高层结构,不均匀,3,分层加载考虑结构沉降,10EA,基础沉降不均匀的结构,较均匀,在竖向荷载作用下，常考虑以下三种加载方法：,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。,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。,采用算法2时，计算出的传给基础的力较为均匀合理，可以避免墙轴力远大于柱轴力的不合理情形。,由于竖向构件的刚度放大，将使得水平梁的两端竖向位移差减小，从而其剪力减小，,这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的重分配，使柱墙上分得的轴力比较均匀，更接近于手算结果。对于高层框剪结构，在进行上部结构计算时采用算法1，在基础计算时采用算法2。,风荷载计算信息,：,选择“计算风荷载”。,地震作用计算信息,：,一般选择“计算水平地震力”。当满足下面规定时，选择“计算水平与竖向地震力”。,多层建筑：,抗规5.1.1“8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用”。,高层建筑：,（强规）3.3.2、,高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用：,8度、9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作用；9度抗震设计时应计算竖向地震作用。,3.3.15、,水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时，竖向地震作用的标准值在8度和9度设防时，可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10和20。,10.2.6、“,8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震作用”。,10.5.2“,8度抗震设计时，连体结构的连接体应考虑竖向地震的影响。,风荷载,地面粗糙度类别：,建筑结构荷载规范7.2.1、对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表7.2.1确定。,地面粗糙程度可分为A、B、C、D四类：,A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；,B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；,C类指有密集建筑群的城市市区；,D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,修正后的基本风压：,多层建筑：,建筑结构荷载规范（强规）7.1.2、基本风压应按本规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3 kN/m2。,高层建筑,：,高规（强规）3.2.2、基本风压应按照国家标准荷规的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100 年重现期的风压值采用。,条文说明3.2.2,：对风荷载是否敏感，主要与高层建筑的自振特性有关，目前尚无使用的划分标准。一般情况下，,房屋高出大于60m的高层建筑可按100年一遇的风压值采用；,对于房屋高度不超过60m的高层建筑，其基本风压是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。,体型系数:,现代多、高层结构立面变化较大，不同的区段内的体型系数可能不一样.(程序限定最多为三段),结构基本自振周期,脉动增大系数与结构的基本周期有关（w,o,T,1,2,）。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。,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,结构动力特性,在动态作用下，结构动力特性是影响动反应大小的主要因素，一个不大的动荷载可能引起一个较大的动反应，就是因为结构的自振周期与外干扰的周期接近造成的。因此，确定地震作用时，首先要正确分析结构动力特性。,如何确定结构动力计算模型？,确定动力计算模型就是将无限自由度的结构体系离散为有限自由度体系的简化过程。结构分析的正确程度与离散的体系及质体自由度多少是否恰当有关。离散结构体系，与结构的刚度、规则程度及采用的计算手段等有关。,什么是自由度？,结构在弹性变形过程中确定全部质体位置所需的独立参数的数目，称为该结构振动的自由度。,结构振动的自由度数目与动力分析中的未知数是相等的，结构自由度数目越多，动力分析越复杂。,所以，确定质体自由度数目，是结构动力分析中的重要内容。,质体的自由度数,x,y,z,z,x,y,xy,zx,yz,0,空间质体：,质量块在空间具有沿X、Y、Z轴方向三个独立线位移和绕X、Y、Z轴的三个独立角位移，共有六个自由度。,x,y,z,0,空间刚片：,假设Z轴方向线位移及,zx,、,yz,为0时，则刚片只在空间具有沿X、Y轴方向二个独立线位移和绕Z轴的一个独立角位移，共有三个自由度。,xy,x,y,平面质点：,只考虑单向振动时，一个质点有一个自由度。,实际结构,串联刚片系,串联质点系,串并联质点系,自由度：无限,3n,n,6n,1,n,i,1,n,i,1,i,n,X,i,X,i,Y,i,i,刚性楼板,刚性楼板,弹性楼板,（总刚法）,计算,（侧刚法）,手算或机算,（侧刚法）,机算,多、高层建筑地震作用分析时，,常用的动力计算模型有哪几种类型？,有关主振型的几个概念,1 什么是主振型？,n个自由度体系的自由振动由个筒谐振动合成的。,主振型,：,对应每个周期的简谐振动形式称主振型。,个自由度结构有个周期及相应个主振型。,周期由大到小依次排列，则可顺次称为第、第二、第周期。,以平动为主的第周期又称基本周期，相应的振型为基本振型。,讨论,串联质点系的主振型,个质点有个主振型及相应个自振周期。,以个质点体系为例：,X,11,X,12,X,13,X,21,X,22,X,23,X,31,X,32,X,33,T,1,T,2,T,3,第振型,第二振型,第三振型,X,11,X,12,X,13,X,13,X,13,X,13,规准化的第振型,主振型重要性质：,主振型对质量刚度正交。,例：j、k振型对质量正交,m,i,X,ji,X,ki,0,i1,n,T,1,讨论,3 串联刚片系的主振型,每个刚片有两个正交的水平位移和个转角共,个自由度。,个刚片有,个主振型,及个自振周期。动力简图的位移参考点取每层质量中心即形成,“拐把模型”。,每个振型即有平动成分也有扭转成分，以扭转为主称,“扭转振型”,，反之为,“平动振型”,。,m,n,1,n,i,X,ji,Y,ji,ji,m,1,m,i,T,j,J振型,什么是串联刚片系的动力特性？,串联刚片系有3n（n为刚片数）个自由度，其动力特性是指,自振周期,、,主振型,及,阻尼比,。,3n个自由度体系的自由振动由3个筒谐振动合成的。,主振型：,对应每个周期的简谐振动形式称主振型。,3个自由度结构有3个自振周期及相应3个主振型。,自振周期由长到短依次排列，则可顺次称第一、第二、第3周期。第一自振周期又称基本周期。,砼结构的阻尼比一般取常数，0.05。,动力特性及地震作用方法,计算简图,串联质点系,串联刚片系,串并联质点系,动力特性,n个主振型与n周期,3n个主振型与3n周期,6n个主振型与6n周期,地震作用计算方法,振型分解法与底部剪力法,考虑扭转的振型分解法,振型分解法,注,n为质点数,n为刚片数,n为节点总数,j振型的自振周期与主振型,m,n,1,n,i,X,ji,Y,ji,ji,m,1,m,i,第j个自振周期,：T,j,第j个主振型,：,X,ji,、Y,ji,j振型i层刚片质心在x、y方向的水平相对位移；,ji,j振型i层刚片相对扭转角：(i1.2.n),侧刚模型,采用刚性楼板假定的简化的结构刚度模型，即把房屋理想化为空间梁、柱和墙组合成的集合体，在楼板平面内,由刚性楼板互相连接在一起。,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；,而多塔结构则假定一塔一层为一块刚性楼板。,每块刚性楼板具有三个独立位移自由度,两个水平平动自由度、一个绕竖向转旋转自由度。侧向刚度矩阵就是建立在这些结构自由度上的，可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。,侧刚模型进行振型分析时结构自由度数相对较少，计算耗时少，分析效率高，但应用范围有限制。,总刚模型,结构总刚模型假定每层非刚性楼板上的每个节点（有构件相连的），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构件相连。而在刚性楼板上的所有节点只有两个独立水平平动自由度和一个独立的转动自由度。,总刚矩阵就是建立在这些结构自由度上的，可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。,总刚模型进行振型分析时能模拟具有弹性楼板、大开洞的错层、连体、空旷的工业厂房、体育馆等结构，可以求得结构每层每个构件的空间振动形态，但自由度数相对较多，计算耗时；往往包含有局部振动，对计算结果要仔细查看。,对于N层有刚性楼板的结构，每层独立于刚性楼板的节点数为 ,每层刚性楼板数为 ,则总刚模型的 结构自由度数为,例如某个有刚性楼板的10层结构，每层独立于刚性楼板的节点数都为20个，每层均有1块刚性楼板，则总刚模型结构自由度数为10*(2*20+3*1)=430个。,计算地震作用时如何合理的确定振型数？,1振型分解反应谱法侧刚法（初估振型数）,将总地震作用分解到各主振型上。如下图：,地震信息中的,振型组合数宜,采用(Nmode),规则结构：,m=3,不规则结构：,m=56(mn),有n个主振型的集中质量体系,第一振型,第二振型,第m振型,第n振型,取m个振型计算地震效应,高振型对内力影响小，可忽略。,n层刚片体系,特点：,A,主振型数量大，有3*n个,B,频率间隔小；采用CQC法,C,一般情况一刚片系前三个振型为x,y及扭转振型，,只相当质点系取一个振型。,如某工程,刚片系,T,1,1.41,T,2,1.26,T,3,1.17,T,4,0.39,T,5,0.36,T,6,0.32,质点系,T,1,0.97,T,3,0.39,TAT,SATWE地震信息中,振型组合数宜取：,（a）3的倍数,（b）取值3n,（c）,常取,一般情况可取9-15即,相当质点系3-5个振型,振型分解反应谱法，如何确定振型数？,假设振型组合数Nmode,质量有效系数0.9,结束,是,否,如何假设振型数？,高规5.1.13-2条规定：串联刚片系不应小于15；多塔不应小于塔数的9倍；,假设的振型数不应大于主振型总数。,振型数的多少与结构层数及结构形式有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数也应取得多些，如顶部有小塔楼、转换层等结构形式。,讨论,参看文件WZQ.OUT中Cmass的值来判断,讨论,串联刚片系平动振型与扭转振型的判断,m,n,1,n,i,X,ji,Y,ji,ji,m,1,m,i,J振型是平动振型还是扭转振型？,扭转振型方向因子D,j,当D,j,0.5时，j振型为扭转振型。T,j,为扭转周期。,T,j,J,i,根据方向因子确定,八层钢框架，存在大量越层柱和弹性节点，这种,情况往往,需要很多振型,才能使有效质量系数满足要求。,原因,：振型整体性差，局部振动明显,8层结构,算了30个振型有效质量系数仍不够,算了60个振型有效质量系数够了,影响自振周期的主要因素有哪些？,结构刚度(平动与扭转刚度)；结构质量；填充墙的材料性质及数量、构造方式；结构动力计算模型,扭转刚度越大扭转周期越短。使屋盖沿水平面转动一个单位角度所需施加的力矩M,t,，称为该屋盖的扭转刚度K,。,1rad,K,M,t,影响自振周期的主要因素：,y,x,K,yj,x,j,K,xi,y,i,扭转刚度,+,力臂大,力臂小,抗扭刚度小,抗扭刚度,大,如何减小扭转周期？,减小扭转周期的主要措施是,增加,结构,扭转刚度,，增加扭转刚度应遵循周边强的原则：,结构规则性:,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则，对称，并应具有良好的整体性，建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗力结构的侧向刚度和承载力突变。如果平面或竖向不规则，会对楼层水平位移、层间位移以及薄弱层的计算都会产生很大的影响。,选择“不规则”。当对结构进行第二轮计算时，则应该严格按照结构的实际情况根据规范中的有关规定，来判断结构的规则性。,如何考虑扭转影响？,采用串联刚片系动力模型；,质点,刚片,F,Ji,F,xJi,F,yji,F,tji,规则结构不进行耦联计算时，平行地震作用的边榀结构地震效应应乘增大系数。,一般，长边取1.15，短边取1.05。软件对此项规定未做执行，建议对规则结构地震作用计算也考虑扭转藕联影响，或参考高规要求，考虑其偶然偏心影响。抗规5.2.3,地震效应x1.15,地震效应x1.05,扭转耦连：,高规3.3.4-1条“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,采用考虑扭转耦连振动影响的振型分解反应谱法”,。抗规5.2.3。,TAT将该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定；,SATWE计算时不论结构是否规则总是考虑扭转耦连，去掉了用户自定的这个选项，因此不必考虑抗规5.2.3,。非耦联计算仅适用于平面结构以及能够解耦成平面结构的简单空间结构，对复杂空间结构可能造成错误结果。,耦联计算适用于任何结构，总是正确的。,耦联计算的结果不一定比非耦联计算的结果大，二者没有必然关系建议总是选择耦联计算，不会出问题。,抗震设防烈度：,抗震规范改变了抗震设防烈度与设计基本地震加速度值的对应关系，增加了7度（0.15g）和8度(0.30g)两种情况，因而程序在原有6,7,8,9度的基础上,又增加了7度（0.15g）和8度(0.30g)两个选项。,设计地震分组：,设计近震、远震改为设计地震分组，分别为设计地震第一组、第二组和第三组，程序输入菜单相应修改。,特征周期值：,比89规范增加了0.05s以上,这在一定程度上提高了地震作用。,框架抗震等级、剪力墙抗震等级：,多层建筑：,（强规）抗规6.1.2“,钢筋混凝土房屋应根据,烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,，并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按表6.1.2确定”。,高层建筑：,（强规）4.8.2、抗震设计时，高层建筑钢筋混凝土结构构件应根据,烈度、结构类型和房屋高度,采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按4.8.2确定。,双向地震作用：,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。现在我们考虑某个地震反应参数，该参数在X和Y地震作用下的反应分别为S,X,和S,Y,那么在考虑了双向地震扭转效应后,这意味着对于X和Y地震作用都作不同程度的放大。考虑双向地震时，内力组合不改变。该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定。,如何计算双向地震作用,效应,？,双向地震作用对,结购竖向构件设计影响较大，,对水平构件影响不明显。TAT,SATWE均将原来的单向X、Y地震效应直接用双向地震作用效应替代，体现在内力文件NL*.OUT(TAT)和WNL*.OUT(SATWE)当中。,例如：按单偏心受压柱计算，当x方向作为主要地震作用方向时，柱的地震作用效应为：,EX,m,组合,EY,m,柱,EX,Ey,柱,N,xX,N,xY,偶然偏心,：,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%。,偶然偏心的含义指的是：由偶然因素引起的结构质量分布的,变化，会导致结构固有振动特性的变化，因而结构在相同地震作,用下的反应也将发生变化。,考虑偶然偏心，也就是考虑由偶然偏,心引起的可能的最不利的地震作用,。,从理论上，各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶,然偏心，从最不利的角度出发，我们在程序中只考虑下列四种偏,心方式：,A)X向地震，所有楼层的质心沿Y轴正向偏移5%，记作EXP,B)X向地震，所有楼层的质心沿Y轴负向偏移5%，记作EXM,C)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴正向偏移5%，记作EYP,D)Y向地震，所有楼层的质心沿X轴负向偏移5%，记作EYM,同时考虑偶然偏心和双向地震力时，程序仅对无偏心地震作用效应进行双向地震作用计算。,高层建筑地震作用计算方法（单向地震作用时）,1弹性楼板空间分析模型总刚法,2刚性楼板侧刚法（刚片系，振型分解法）,一般情况下：按单向扭转耦联振型分解法，并考虑偶然偏心,L,B,m,y,5%B,EX,EXP,EXM,-5%B,x,X向地震作用的,三种 工况,m,5%L,EY,EYP,EYM,-5%L,Y向地震作用的,三种工况,m,m,m,m,y,x,活荷质量折减系数,指计算重力荷载代表值时的活荷载组合系数。一般取0.5（对于藏书库、档案库、库房等建筑应特别注意）。调整系数只改变楼层质量，不改变荷载总值，即对竖向荷载作用下的内力计算无影响。（抗震规范5.1.3，高规3.3.6,),周期折减系数,为了充分考虑框架结构和框剪结构的填充墙刚度对计算周期的影响。对于框架结构若砖墙较多，可取0.60.7，较少可取0.70.8，对于框架-剪力墙结构可取0.80.9，纯剪力墙结构可不折减。（强规3.3.16）,特征周期、多遇或罕遇地震影响系数最大值:,隐含规范规定值，它随地震烈度而变化。对有些地区标准用不同的地震计算参数时，可以通过该参数的变化求得该地区的地震力。特征周期初始值0.50，多遇地震初始值0.08，罕遇地震初始值0.50,如何确定地震方向？不同方向的地震，其地震,作用的计算有什么不同？,X,Y,X,Y,地震方向一般取与竖向构件局部坐标平行的方向，即两个主轴方向。有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15,0,时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。,15,0,X,Y,竖向构件局部坐标,整体坐标,斜交抗侧力构件方向附加地震数，相应角度：,可允许最多5组方向地震，附加地震数可在05之间取值。在相应角度填入各角度值，该角度是与X轴正方向夹角，逆时针方向为正,。,抗震规范5.1.1规定，有斜交抗侧力构件的结构，当相交角大于15度时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。基于这一要求，程序提供了计算多方向地震作用的功能。程序将计算每一对新增地震作用下的构件内力，并在构件设计时考虑进内力组合中每一对地震工况，抗震组合数就增加一倍，但每一对之间是正交的,。,有斜交抗侧力结构,柱、墙设计时活荷载；传给基础的活荷载；柱、墙、基础活荷载折减系数,荷载规范4.1.2“设计墙、柱和基础时的折减系数按表4.1.2规定采用”,作用在楼面上的活荷载不可能以标准值同时布满在所有楼层上，程序初始值采用规范4.1.2规定的楼层活荷载折减系数。,注意：此处输入的是构件计算截面,以上,的楼层数，不是构件所在楼层数。,对于带群房高层结构、错层结构、多塔结构都存在同一楼层柱墙活荷载不同的情况。,考虑活荷载不利布置的最高层号,高规5.1.8“高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4KN/m,2,时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大”,程序可以考虑梁活荷载不利布置。若定义为0,表示不考虑梁活荷不利布置作用;若填一个大于零的数NL,则表示从1NL各层考虑梁活荷载的不利布置,而NL+1层以上则不考虑活荷不利布置,若NL等于结构的层数Nst,则表示对全楼所有层都考虑活荷的不利布置。,.,设计内力调整,梁设计内力调整,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,梁端负弯矩调幅系数,在,竖向,荷载作用下，钢筋混凝土框架梁设计允许考虑混凝土的塑性变形内力重分布，适当减小支座负弯矩，相应增大跨中正弯矩，使梁上下配筋比较均匀，梁端负弯矩调幅系数可在0.81.0范围内取值。（高规5.2.3）,需注意,：,此项调整只针对竖向荷载,对地震力和风荷载不起作用。,梁截面设计时，为保证框架梁跨中截面底部钢筋不至于过少，其正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩的一半,。,梁设计弯矩增大系数,通过调整梁的设计弯矩，提高其安全储备。,需注意,：1、对正负设计弯矩均增大,2、如果考虑活荷不利布置此项,就不再考虑。,梁扭矩折减系数,对于现浇楼板结构，采用刚性楼板假定时，可以考虑楼板对梁抗扭的作用而对梁的扭矩进行折减。折减系数可在0.41.0范围内取值。(高规5.2.4),需注意,:若考虑楼板的弹性变形，梁的扭矩不应折减。,连梁刚度折减系数,多、高层结构设计中允许连梁开裂,开裂后连梁的刚度有所降低,程序中通过此项来反映开裂后的连梁刚度。（抗规6.2.13，高规5.2.1）,需注意,：为防止连梁开裂过大，此系数不宜取值过小，一般不宜小于0.55。剪力墙洞口间部分（连梁）也采用此参数进行刚度折减。程序初始值0.7,中梁刚度增大系数,程序中框架梁是按矩形部分输入截面尺寸并计算刚度的，对于现浇楼板，在采用刚性楼板假定时，楼板作为梁的翼缘，是梁的一部分，在分析中可用此系数来考虑楼板对梁刚度的贡献，（高规5.2.2）。,需注意,：梁刚度增大系数BK可在1.02.0范围内取值。程序自动搜索中梁和边梁，两侧均与刚性楼板相连的中梁的刚度放大系数为BK，只有一侧与刚性楼板相连的中梁或边梁的刚度放大系数为1.0+（BK-1）/2，其它情况的梁刚度不放大。,粱弯曲刚度放大系数Bk1、Bk2,粱扭矩折减系数T,b,调整“力学模型”，减少与实际结构之间的差异。,Bk1,Bk2,I,I,1,I,2,计算截面,实际截面,M,t,T,b,M,ta,调整系数,惯性矩,M,ta,9度设防烈度的各类框架和一级抗震等级的框架结构梁柱超配系数,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、框架柱端部弯矩、剪力调整,应按实配钢筋和材料强度标准值来计算。程序要求输入超配系数(参见高层建筑混凝土结构技术规程第6.2.1条和6.2.3条或新规范PKPM设计软件实用手册)但在出施工图前，程序不知实配钢筋情况，需设计人员根据经验输入超配筋系数。程序仅近似的对这部分的内力进行调整，考虑方法是取调整系数介于一级和特一级之间，在一级的基础上乘以1.15的放大系数。,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,框支柱地震作用下的内力调整,按抗震规范第5.2.5条调整各楼层地震力,(最小地震剪力调整),抗震规范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条给出的最小地震剪力系数。程序给出了一个控制开关,由设计人员决定是否由程序自动进行调整。若选择由程序自动进行调整,则程序对结构的每一层分别判断,若某一层的剪重比小于规范要求。则相应放大该层的地震作用效应。,需注意,的是本项调整只对剪重比和内力有影响，而对周期和位移没有影响,。,调整前楼层剪重比,调整后楼层剪重比,哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力,自动放大与否设开关；如果用户考虑自动放大，SATWE,将在WZQ.OUT中输出程序内部采用的放大系数：,文件WZQ.OUT:,各楼层地震剪力系数调整情况 抗震规范(5.2.5)验算,层号 X向调整系数 Y向调整系数,1 1.312 1.207,2 1.197 1.122,3 1.070 1.000,4 1.000 1.000,5 1.000 1.000,6 1.000 1.000,7 1.000 1.000,8 1.000 1.000,水平地震作用剪重比,什么是剪重比？,以底部剪力法为例，其底部剪重比(剪力系数)为：,剪重比的力学涵义就是,地震影响系数,。剪重比大小主要取决于自振周期，即结构刚度与质量。,刚度太大，剪重比大，即地震力太大，不经济。刚度太小，剪重比小，不安全。所以剪重比除满足规范要求外尚应在适宜范围内。,剪重比的合理范围,：各楼层剪重比应满足规范要求：,min,(对于扭转效应明显或基本周期小于3.5s的结构,min,=0.2,max,。),首层剪重比,合理范围 类场地的：(0.20.4),max,类场地的：(0.250.5),max,0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.09,9.1,25,18.2,31.8,13.6,%,首层剪,重比,统计,根据统计资料：,0.06的占85%，分散在0.030.06范围内。,注：统计资料,0,2.0,1.0,3.0,1,2,3,4,0,Sa,T,2.0,1.0,3.0,0,0.5,1.0,Sv,T,2.0,1.0,3.0,0,0.5,1.0,Sd,T,对高频结构起控制作用,对中频结构起控制作用,对低频结构起控制作用,加速度反应谱,速度反应谱,位移反应谱,说明：,抗震规范为什么规定最小剪重比？,不同刚度的结构应按不同地震反应谱进行控制，柔性结构应按位移谱分析。但目前，我国规范对各种频率结构一律采用加速度反应谱进行地震作用计算。,出于安全考虑，对长周期结构提出最小剪重比要求。,对于框架剪力墙结构，一般剪力墙的刚度很大，剪力墙吸引了大量的地震力，而框架所承担的地震力很小。对于框架部分，如果按这样的地震力进行设计，在剪力墙开裂后会很不安全。所以需要让框架部分承担至少20的基底剪力，宜增加框架的安全度。,抗震规范6.2.13条“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1.5倍二者的较小值,。,程序对框剪结构，将依据规范要求进行0.2Q0,调整，用户可以指定调整楼层的范围。,0.2Q0调整,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 Cy,IST Cx Cy,.,IST Cx Cy,比如：,2 1.5 1.8 指定第2层x向调整系数,6 2.0 1.2,7 1.2 1.2,SATWE在文件WV02Q.OUT中输出0.2Q0系数,指定的薄弱层个数及相应的各薄弱层层号,(竖向不规则结构地震作用效应调整,),抗震规范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”;高规5.1.14条规定,“对于竖向不规则的结构，包括楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%,或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%,或某层竖向抗侧力构件不连续，该楼层地震剪力应乘1.15增大系数”。,程序要求设计人员输入薄弱层个数及相应的各薄弱层层号。,注意：,对于刚度比突变形成的薄弱层程序自动计算调整；,对于承载力突变形成的薄弱层，程序自动计算承载力需人工判定指定薄弱层；,对于转换层结构，用户都将该层设置为薄弱层；对于十二层以下框架结构的简化薄弱层验算，程序可以自动进行。,调整与框支柱相连的梁内力,(框支柱地震作用下的内力调整),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%。,软件要求在“特殊构件定义”中定义框支柱,。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。,由于调整系数往往很大，为限避免异常情况，程序给出了一个控制开关，,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,。,全楼地震力放大系数,是地震力调整系数，可通过此参数来放大地震力，提高结构的抗震安全度，其经验取值范围是1.01.5。,需注意：,此项调整对位移、剪重比、内力计算有影响而对周期计算没有影响。,