PKPM结构设计参数介绍

摘要： 本文介绍PKPM计算软件TAT,SATWE和PMSAP的新、旧规范版本之间的变化,这同时也是新旧规范(抗震规范、高层规程、荷载规范、混凝土规范)的条文变化。
1.风荷载
　　风压标准值计算公式为:WK=βzμsμZ W。其中:βz=1+ξυφz/μz在新规范中,基本风压Wo略有提高,而建筑的风压高度变化系数μE、脉动增大系数ξ、脉动影响系数υ都存在减小的情况。所以,按新规范计算的风压标准值可能比89规范大,也可能比89规范小。具体的变化包括下面几条:
　　1)、基本风压:：新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇: 新高规3.2.2条规定:对于B级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑,应按100年一遇的风压值采用。
　　2)、地面粗糙度类别：由原来的A、B、C类,改为A、B、C、D类。C类是指有密集建筑群的城市市区；D类为有密集建筑群,且房屋较高的城市市区。
　　3)、凤压高度变化系数：A、B、C类对应的风压高度变化系数略有调整。新增加的D类对应的风压高度变化系数最小,比C类小20%到50%
　　4)、脉动增大系数:A、B、C类对应的脉动增大系数略有调整。新增加的D类对应脉动增大系数比89规范小,约小5%到10%。与结构的材料和形式有关。
　　5)、脉动影晌系数：在89高规中,脉动影响系数仅与地面粗糙度类别有关,对应A、B、C类的脉动影响系数分别为,0.48、0.53和0.63。在新规范中,脉动影响系数不仅与地面粗糙度类别有关,而且还与建筑的高宽比和总高度有关,其数值都小于89高规。如C类、高度为5Om、高宽比为3的建筑,υ=0.46,比89高规小28%,若为D类,则小37%。
　　6)、结构的基本周期：脉动增大系数ξ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。

2.地震作用
　　1）、抗震设防烈度：:新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(见新抗震规范表3.2.2)。
　　2〉、设计地震分组：新规范把直接影响建筑的设计特征周期Tg的设计近震、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。
　　3)、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。
　　4)、地震影响系数曲线：新规范5.1.5条,设计反应谱范围由原来的3s延伸到6s,分上升段、平台段、指数下降段和倾斜下降段四个区段。在5Tg以内与89规范相同,从5Tg起改为倾斜下降段,斜率为0.02。对于阻尼比ζ不等于0.05的结构,设计反应谱在阻尼比ζ等于0.05的基础上调整。
　　5）、扭转耦连：新高规3.3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稿连振动影响的振型分解反应谱法。
　　6)、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。
　　7)、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%。
　　8)、竖向地震作用：新规范5.3.1条规定,对于9度的高层建筑,其竖向地震作用标准值应按
公式(5.3.1-1)和〈5.3.14〉计算,并宜乘以1.5的放大系数。相当于重力荷载代表值的33.4%:新规范5.3.3条规定,长悬臂和其它大跨度结构竖向地震作用标准值,8度、8.5度和9度时分别取重力荷载代表值的10%、15%和20%:新高规10.2.3条规定,带转换层的高层建筑结构,8度抗震设计时转换构件应考虑竖向地震影响。

3.地震作用调整
　　1）、最小地震剪力调整：:新规范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给出的最小地震剪力系数λ。对于竖向不规则结构的薄弱层,尚应乘以1.15的增大系数
　　2)、0.2Q0调整：新规范6.2.13条规定,侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框一剪结构,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。
　　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祸连计算时,平行于地震作用方向的两个边桶,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。
　　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%或其正二层平均值的80%时,该楼层地震剪力应乘1.15增大系数;新规范3.4.3条规定,坚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。
　　5〉、转换梁地震作用下的内力调整：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、1.25倍。
　　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1一2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1一2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3。她框支柱剪力调整后,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。

4．作用效应组合
　　1)、作用效应组合基本公式非抗震设计时由可变荷载控制的组合zs=γGSGK+γJQJZ的iYQiSω非抗震设计时由永久荷载控制的组合zs=γGSGK+立的hSQik抗震设计时的组合
　　2)、恒荷载作用的分项系数：当其对结构不利时,对于可变荷载效应控制的组合,应取1.2,对于永久荷载效应控制的组合,应取l.35:当其对结构不利时,一般应取1.0。
　　3)、可变荷载作用的分项系数和组合值系数：一般应取l.4；对于标准值大于4.OKN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3；楼面活荷载的组合值系数见荷载规范表4.1.1,取值范围在0.7-0.9之间；风荷载的组合值系数为0.6；与地震作用效应组合时风荷载的组合系数为0.2。
　　4)、地震作用的分项系数：一般应取1.3:当同时考虑水平、竖向地震作用时,应取0.5。
　　5〉、重力荷载代表值：新抗震规范5.1.3条规定,建筑的重力荷载代表值应取结构和构配件自重标准值和各可变荷载组合值之和。各可变荷载组合值系数,应按表5.1.3采用。(与荷载规范表4.1.1不同〉

5.设计内力调整
　　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跨高比大于2.5的连梁,其梁端截面组合的设计剪力值应调整。
　　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。
　　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.结构整体性能控制
　　1)、位移控制：新高规的4.3.5条规定,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.3倍。
　　2)、周期控制：新高规的4.3.5条规定,结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.850
　　3〉、层刚度比控制：新抗震规范附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；新高规的4.4.3条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%；新高规的5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍:新高规的10.2.6条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度,应符合高规附录D的规定。
　　D.0.1：底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构,可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化,非抗震设计时γ不应大于3,抗震设计时不应大于2
　　D.0.2：底部为2-5层大空间的部分框支剪力墙结构,其转换层下部框架一剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。
　　4)、层刚度比计算：
高规附录D.0.l建议的方法一剪切刚度 Ki=Gi Ai/hI
高规附录D.0.2建议的方法一剪弯刚度 Ki=A i/Hi
抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议的计算方法: Ki=Vi /A Iji
新规范软件中提供前两种算法。
　　5)、框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算；新抗震规范第6.1.3条、高规8.1.3条规定,框架一剪力墙结构,在基本振型地震作用下,若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定,柱轴压比限值宜按框架结构采用。抗震规范第6.1.3条的条文说明给出了框架部分承担的倾覆力矩的计算方法zMC=ZZVjh

7.结构构件设计计算
　　1〉、柱轴压比计算：新抗震规范6.3.7条、高规的6.4.2条和混凝土规范的11.4.16条,都规定了柱轴压比的限值,并规定建造于IV类场地且较高的高层建筑柱轴压比限值应适当降低。柱轴压比指柱考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比:可不进行地震计算的结构,取无地震作用组合的轴压力设计值:
　　2)、剪力墙轴压比计算：新抗震规范6.4.6条、高规的7.2.14条和混凝土规范的11.7.13条,都规定了剪力墙轴压比的限值。目前新规范程序给出各个墙肢的轴压比。
　　3)、剪力墙强区：底部加新抗震规范和新高规对剪力墙结构底部加强部位的定义略有不同, 分别定义如下:
新抗震规范6.1.10条规定,部分框支抗震墙结构的抗震墙,其底部加强部位的高度,可取框支层加上框支层以上两层的高度及落地抗震墙总高度的l/8二者的较大值,且不大于15m,其它结构的抗震墙,其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部二层高度二者的较大值,且不大于15m。
　　新高规的7.1.9条规定,一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的l/8和底部二层高度二者的较大值,当剪力墙高度超过150m时,其底部加强部位的范围可取墙肢总高度的1/10。新高规的10.2.5条规定,带转换层的高层建筑结构,剪力墙结构底部加强部位可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。
　　4)、剪力墙的约束边缘构件和构造边缘构件：
　　新高规的7.2.15条规定,抗震设计时,一、二级剪力墙结构底部加强部位及以上一层的墙肢设置约束边缘构件,一、二级剪力墙的其它部位以及三、四级和非抗震设计的剪力墙墙肢均应设置构造边缘构件。
　　5)、梁、柱、支撑、墙配筋计算：
　　基本构件的设计公式都有不同程度改变。