PKPM建模—高层建筑分析8个‘比’
2016-10-15 22:18阅读：
对于PKPM建模后分析后面的文本文件，一般高层建筑分析有6个比，即下面总结的前6个比，我自己又看看资料加了后面2个比，基本上总结完了。其它的建筑，用PKPM建模后分析也是看这8个比，所以非常重要，要重视啊！
一、轴压比
定义：对于柱：指柱考虑地震作用组合（高规5.6.3所有）的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。
对于剪力墙：指重力荷载代表值作用下（高规5.6.3只是第一项，参见5.1.3重力荷载代表值定义）墙肢承受的轴压力设计值与墙肢全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。
主要为控制结构的延性，轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证，耗能能力减少；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、柱的截面面积或减少该楼层墙、柱的混凝土强度。相反，轴压比过大，宜适当增加相应墙、柱的截面面积或增加该楼层墙、柱的混凝土强度。
限制柱(墙)轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和保证框架的抗倒塌能力。抗震设计时，除了预计不可能进入屈服的柱外，通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。
箍筋
对混凝土的约束能够提高混凝土的轴心抗压强度和混凝土的受压极限变形能力。但在计算柱的轴压比时，仍取无箍筋约束的混凝土的轴心抗压强度设计值，不考虑箍筋约束对混凝土抗压强度的提高作用。
限制轴压比主要是为了控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表设计值，与柱子的不一样，不需要考虑地震组合。
二、周期比
定义：指结构以扭转为主的第一自振周期
与平动为主的第一自振周期 之比。
主要为控制结构扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响，周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大。结构抗侧力构件布置不合理。
★规范方法是从公式
Tt/T1出发，采用两种调整措施，一种是减少平面刚度，去除平面中部的部分剪力墙，使
T1增大。二是在平面周边增加剪力墙，提高扭转刚度，使
Tt减少。
周期比不满足要求，需申报抗震设防专项审查，由此可见周期比在结构设计中的重要性，对此设计人员应用足够的重视。
计算周期比时建议点选“强制采用刚性楼板假定”，规范对此虽然没有明确的规定，但从
T1和
Tt的判断方法中可知，其对应的振型是整体振动的振型，且越明显越单纯越好，并要避免出现局部振动的误判，这只有在“刚性楼板假定”下才能做到计算周期比的准确性和真实性。
注意：
1）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，结构在两个主轴方向的动力特性（周期和振型）宜相近。
2）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。
3）当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的侧向刚度相差较大，结构的抗扭刚度对其中一主轴（第一振型转角方向）的侧向刚度是合理的，但对于另一主轴（第三振型转角方向）的侧向刚度则过小，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。
4）在进行上述调整的同时应注意使周期比满足规范要求，当第一振型为扭转时，周期比肯定不满住规范要求，当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求。
对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:
1）根据各振型的平动系数大于0.5，还是扭转系数大于0.5，区分出各振型是扭转振型还是平动振型
2）通常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动周期T1
3）对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，如果仅是局部振动，不是第一扭转/平动周期。再考察下一个次长周期。
4）考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大
5）计算Tt/T1，看是否超过0.9
(0.85)
周期比控制什么？
如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性
周期比不满足要求，如何调整？一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度。
验算周期比的目的，主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。
多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。
体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。
当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。以过滤局部振动产生的周期。
调整周期比原则总结如下：
（1）
结构抗侧力构件的布局均匀对称。
（2）
增加结构周边刚度：a.增大周边柱、剪力墙的截面或数量。b.增大周边梁的高度，楼板的厚度。c.在楼板外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。d.加强转角窗周边构件的截面和强度，包括剪力墙暗柱，窗间墙，楼板等，特别是增设暗梁。e.减小周边剪力墙洞口。
（3）
降低结构中部的刚度：a.结构中部剪力墙上开洞；b.中部核心筒开结构洞再填充。
三、位移比
定义：也称“扭转位移比”，指楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值。
其中：
最大水平位移：墙顶、柱顶节点的最大水平位移。
平均水平位移：墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和除2。
层间位移角：墙、柱层间位移与层高的比值。
最大层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值。
平均层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。
目的：限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。位移比是控制结构整体抗扭特性和平面不规则性的重要指标。
位移比不满足要求的原因，往往是结构平面不规则，刚度布置不均匀，结构上下层刚度偏心较大等，解决办法主要是改进设计，使结构规则，刚度均匀。
计算要求：采用“规定水平力”计算，考虑偶然偏心和刚性楼板假定，不考虑双向地震。
位移角：也称“层间位移角”，指按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比。
目的：控制结构的侧向刚度。
计算要求:取“风荷载或多遇地震作用标准值”计算，不考虑偶然偏心，不考虑双向地震。1）风、单向地震均控制，2）单向地震+偏心不控制，3）双向地震不控制，除扭转特别严重外，一般双向地震同单向地震结构相近。
现行规范通过两条路径实现对结构扭转和侧向刚度的控制，即通过对“扭转位移比”的控制，达到限制结构扭转的目的；通过对“层间位移角”的控制，达到限制结构最小侧向刚度的目的。
四、剪重比
定义：指结构任一楼层的水平地震剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值，通常指底层水平剪力与结构总重力荷载代表值之比。
剪重比在某种程度上反映了结构的刚柔程度，剪重比在一个比较合理的范围内，以保证结构整体刚度的适中，剪重比太小，说明结构的整体刚度偏柔，水平荷载或水平地震作用下将产生过大的水平位移或层间位移；剪重比太大，说明结构整体刚度偏刚，会引起很大的地震力。
规范规定：抗规5.2.5和高规4.3.12（强条）明确规定了楼层的剪重比不应小于楼层最小地震剪力系数
，而
与结构的基本周期和地震烈度有关。应特别注意，对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。
剪重比调整原则：剪重比是反映地震作用大小重要指标，它可以由“有效质量系数”来控制，而“有效质量系数”与振型数有关，如果“有效质量系数”不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。当“有效质量系数”大于90%，则可以认为地震作用满足规范要求，此时再考察结构的剪重比是否合适。
如果不满足新版SATWE软件按照抗规第5.2.5条文说明，当首层地震剪力不满足要求需要进行调整时，对其上部所以楼层进行调整，且同时调整位移和倾覆力矩。这里需要提醒设计人员注意：当底部总剪力相差较大时，结构的选型和总体布置需从新调整，不能仅采用乘以增大系数的方法处理，即应修改结构的布置，增加结构的刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。
由于地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收，在计算结构的最小剪重比时，不考虑地下室部分。
五、楼层侧移刚度比
刚度比的计算主要是用来确定结构中的薄弱层，控制结构竖向布置，或用于判断地下室结构刚度是否满足嵌固要求。
主要目的是为了限制结构竖向布置的不规则形，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。
程序调整：通过楼层刚度比的计算，如果某楼层刚度比的计算结构不满足要求，SATWE程序自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规第3.5.8条要求对该楼层地震作用标准值的地震剪力乘以1.25的增大系数。
人工调整：如果还需人工干预，可适当降低本层层高和加强本层墙柱或梁的刚度，适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙柱或梁的刚度。
六、刚重比
定义：是指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比，是影响重力二阶效应的主要参数。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。
框架结构的刚重比=Di*Hi/∑Gi(i层以上各层重力荷载设计值之和)
Di-第i楼层的弹性等效刚度，可取该层剪力与层间位移的比值
Hi-第i楼层层高，
Gi-第i楼层重力荷载设计值
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。
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及相应的条文说明。刚重比不满足规范上限要求，说明重力二阶效应的影响较大，应该予以考虑。
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。刚重比不满足规范下限要求，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。
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。
规范给定的刚重比的上限值对于剪力墙结构、框架剪力墙结构、板柱剪力墙结构、筒体结构是2.7，对于框架结构是20，当小于这个值时需要考虑重力二阶效应;当大于这个值时没有必要考虑重力的二阶效应。
七、楼层质量比
定义：即上下楼层的质量比，假设第n层质量比=（第n层恒载质量+活载质量）/（第n-1层恒载质量+活载质量）。当质量比超过1.5时，PKPM给出提示信息。
见高规3.5.6：楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。
另外根据《高规》4.3.4.3条，需要时程分析补充计算
高规3.5.6条的内容，不过质量比并不是硬性规定，规范用的是“宜”。质量比不满足结构比较难调，只能和建筑协商，减少或加大某层荷载。有时可以不用考虑，违反“宜”也是可以接受的。
八、楼层受剪承载力比
定义：指楼层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和与其上一层受剪承载力之比。
主要为了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。见高规3.5.3
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3.5.8条将该楼层地震剪力乘以1.25的增大系数。
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。
