常见结构设计问题辨析(专题篇上部)

用M/Vh0计算剪跨比PKPM常见问题汇总深圳建研建筑科技有限公司PKPM用户QQ群29804624入群请先加QQ：248281268技术邮箱：[e-mail];[e-mail]服务电话：[phone]V2.2版常见问题汇总(上部结构）专题篇1.跃层柱计算长度系数确定2.性能设计3.M值理解4.剪力墙施工缝验算5.框支框架结构的倾覆力矩6.连梁超限问题处理7.剪力滞后问题分析8.楼层受剪承载力调整9.配筋简图中PL标识的理解1.跃层柱计算长度系数确定跃层柱特点：•结构局部楼板开大洞，部分柱子周边没有楼层梁，柱子长度变长。跃层柱容易发生失稳，在一定条件下需考虑构件挠度对轴力作用的效应（p-δ效应），而在分析过程中，正确计算跃层柱的计算长度系数是关键点。1.跃层柱计算长度系数确定规范对混凝土柱计算长度系数条文楼盖类型柱的类别L0现浇楼盖底层柱1.0H其余各层柱1.25H装配式楼盖底层柱1.25H其余各层柱1.5H注：表中H为底层柱从基础顶面到一层楼盖顶层的高度；其余各层柱为上下两层楼盖顶层之间的高度。1.跃层柱计算长度系数确定目前规范提到的计算长度系数考虑到上下楼盖可以作为柱的有效侧向支撑情况，当跃层柱一侧或者两侧没有足够的支撑刚度时，该如何计算它的计算长度系数呢？有两种考虑方式：•一是简化方法，直接取侧向支撑较强的高度作为H考虑，分别计算柱各段长度系数。1.跃层柱计算长度系数确定•二是考虑跃层柱在临界荷载状态下屈曲，由欧拉临界荷载公式反算该构件的计算长度系数式中Ncr——临界荷载E——材料弹性模量I——截面惯性矩L——杆件的实际长度1.跃层柱计算长度系数确定案例分析：某8度（0.2g）5层框架结构，首层有两根跃四层柱子（层高分别为6m、5m、5m、5.5m）,截面为1000mm×1000mm，柱砼强度等级为C40，通过分层建模（跃层柱分为四段），V2.2版SATWE及PMSAP软件分析其计算长度及相应的构件配筋，并了解跃层柱的屈曲模态。1.跃层柱计算长度系数确定跃层柱计算长度确定方法一：SATWE自动计算其跃层柱计算长度系数值•在刚性楼板假定的情况下，跃层柱子从下至上计算长度系数分别为1.0，1.25,1.25，1.25（该结果明显不对）。1.跃层柱计算长度系数确定跃层柱计算长度确定•在非刚性楼板假定的情况下，Z1、Z2的一到四层柱看作一根柱子，由于其为底层柱，所以，计算长度系数为1.0（即总计算长度为21.5m）每柱段从下至上计算长度系数分别为•底层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H1×C=（6+5+5+5.5）÷6=3.58•二层和三层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H2×C=（6+5+5+5.5）÷5=4.3•四层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H4×C=（6+5+5+5.5）÷5.5=3.911.跃层柱计算长度系数确定方法二：构件屈曲分析确定计算长度系数;V2.2版PMSAP软件可以计算各阶屈曲模态，进行Buckling分析，计算中选取恒载（D）+活载(L)作为屈曲分析每步加载值，对整体结构进行线性屈曲分析。分析步骤如下：对跃层柱进行线性屈曲分析得到结构的各阶屈曲模态，屈曲临界荷载系数；然后检查各阶段屈曲模态形状，确定该构件发生局部屈曲时的临界荷载系数，得到该构件的屈曲临界荷载Ncr；最后由欧拉临界荷载公式反算该构件的计算长度系数。1.跃层柱计算长度系数确定1.跃层柱计算长度系数确定1.跃层柱计算长度系数确定第八阶屈曲模态图1.跃层柱计算长度系数确定从屈曲分析的结果及屈曲模态图可以看出，在第八阶模态出现跃层柱局部屈曲，其屈曲因子Kcr=38.67。•D+L屈曲分析工况的初始Z1、Z2轴力分别为4941KN、4846KN（压力），则受力最小柱子屈曲时的临界荷载分别为Ncr1=38.67*4941=191068KN，Ncr2=38.67*4846=187395KN，将Ncr代入上式得到柱子的计算长度分别为L1=3.14×3.25×10000000÷12÷1910681/2=22.25m,L2=L1=3.14×3.25×10000000÷12÷1873851/2=22.69m。可统一取其总计算长度为22.7m，系数为22.7÷21.5=1.056。•则每柱段从下至上计算长度系数分别为•底层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H1×C=（6+5+5+5.5）÷6×1.056=3.78•二层和三层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H2×C=（6+5+5+5.5）÷5×1.056=4.54•四层柱段：（H1+H2+H3+H4）÷H4×C=（6+5+5+5.5）÷5.5×1.056=4.131.跃层柱计算长度系数确定1.跃层柱计算长度系数确定计算长度系数条件来源计算长度系数X向单侧配筋（cm2）Y向单侧配筋（cm2）X向差异Y向差异刚性楼板假定1.033330%0%非刚性楼板假定3.585849176%148%屈曲分析3.785954179%163%对Z1底端考虑三种情况柱计算长度系数值修正后，进行双偏压承载力配筋计算1.跃层柱计算长度系数确定1、从上表可以看出，根据屈曲分析反算计算长度系数得到的配筋最大，非刚性楼板假定条件下柱配筋次之。2、在跃层柱刚性楼板假定条件下，得到的计算长度系数值与非跃层柱的是一致的（考虑楼板的侧向支撑影响），该种条件下得到的计算长度系数是失真的，配筋结果很可能偏小。3、可以采用将跃层柱看做一根柱子，再按照规范方法去确定其计算长度系数。在有条件或者对构件计算长度系数值没有把握的情况下，可以采用Buckling分析构件失稳的结果反算其计算长度系数值。1.跃层柱计算长度系数确定•延伸：•Buckling分析除了可以通过失稳模态反推构件计算系数之外，还可以确定建筑结构整体稳定性，通过查阅特征值算法得到屈曲因子来判断结构整体稳定性情况。稳定特征值大于10，可以认为通过稳定验算稳定特征值大于20，可以认为无须考虑二阶效应2.性能设计•抗震性能化设计，是一种建立在概念设计基础上的抗震设计新发展•不同地震力（小震、中震、大震）•不同构件（普通构件、关键构件、耗能构件）•同一构件的不同内力（弯矩、剪力、轴力）•指定不同的性能目标（或性能水准）进行设计，保证结构在地震作用下的安全性能（承载能力，继续承载的能力）及使用性能2.性能设计•工程案例：2.性能设计•新高规3.11.1条将结构抗震性能目标分为A、B、C、D四个等级，并给出了各性能目标在各地震（小震、中震、大震）作用下的性能水准要求，性能水准分为1、2、3、4、5共5个等级，对应构件破坏程度为为“无损坏、轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、比较严重损坏”。每个性能目标均与一组在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准相对应。2、性能设计•性能A对应：小震、中震、大震性能水准为1、1、2•性能B对应：小震、中震、大震性能水准为1、2、3•性能C对应：小震、中震、大震性能水准为1、3、4•性能D对应：小震、中震、大震性能水准为1、4、52.性能设计•性能C要求设计小震中震大震性能水准134关键构件无损坏（弹性）轻微损坏（抗剪弹性，抗弯不屈服）轻度损坏（满足最小截面要求）普通竖向构件无损坏（弹性）轻微损坏（抗剪、抗弯不屈服）部分构件中度损坏（满足最小截面要求）耗能构件无损坏（弹性）轻度损坏，部分中度损坏（抗剪不屈服）中度损坏，部分构件比较严重损坏（满足最小截面要求）继续使用可能性不需继续修理即可继续使用一般修理后继续使用修复或加固后可继续使用计算手段弹性等效弹性等效弹性+弹塑性2.性能设计•以该结构为例的性能C要求设计小震中震大震腰桁架及相连框架柱弹性抗弯不屈服，抗剪弹性不屈服普通框架柱弹性抗弯不屈服，抗剪弹性部分屈服，满足抗剪截面验算框架梁弹性部分屈服，满足抗剪截面验算大部分屈服，满足抗剪截面验算底部加强区剪力墙弹性抗弯不屈服，抗剪弹性不屈服普通剪力墙弹性抗弯不屈服，抗剪弹性部分屈服，满足抗剪截面验算剪力墙连梁弹性部分屈服，满足抗剪截面验算大部分屈服，满足抗剪截面验算2.性能设计•程序执行：改地震最大影响系数值及对应的中大震调整不同的设计方法，具有不同的承载力•一般而言，承载力由小到大的次序为：•1现行规范的设计方法•2中震不屈服（性能水准3，构件抗剪、抗弯不屈服验算）•3中震弹性（性能水准3，构件抗剪弹性验算）•4大震不屈服•5大震弹性2.性能设计•小震分析程序：SATWE、PMSAP•中震分析程序：SATWE、PMSAP（中震不屈服、中震弹性、大震不屈服、大震弹性）•大震弹塑性分析程序：EPDA、SAUSAGE2.性能设计•PKPM程序实现：•1、选择中/大震弹性设计时自动实现2.性能设计•2、选择中/大震不屈服设计时自动实现2.性能设计3.SAUSAGE计算罕遇地震结果，下面这个表就是构件损坏程度的对应关系结构构件损坏程度无损坏轻微损坏轻度损坏中度损坏比较严重损坏梁、柱完好混凝土开裂或钢材塑性应变0-0.004钢材塑性应变0.004-0.008钢材塑性应变0.008-0.012或混凝土受压刚度退化0.1钢材塑性应变0.012或混凝土受压刚度退化0.1剪力墙，壳单元模拟的连梁完好混凝土开裂或钢材塑性应变0-0.004混凝土受压损伤0.1且损坏宽度50%横截面宽度，或钢材塑性应变0.004-0.008混凝土受压损伤0.1且损坏宽度50%横截面宽度，混凝土受压损伤0.1-0.5且损坏宽度50%横截面宽度或钢材塑性应变0.008-0.012混凝土受压损伤0.5，或混凝土受压损伤0.1-0.5且损伤宽度50%横截面宽度，或钢材塑性应变0.012混凝土楼板同剪力墙，损伤面积50%横截面变为损伤面积50%单跨楼板的宽度2.性能设计3.罕遇地震下SUASAGE构件损伤情况，如下图所示：某剪力墙对应混凝土损伤状态2.性能设计3.罕遇地震下结构整体指标，如下表所示：结论：性能设计不像我们想象中的那么难。M值的概念M值是基础回填土对结构约束作用的刚度M值的影响因素①基坑开挖方式②地下室外侧土质③室外地坪上的荷载3.M值理解地下室侧向约束刚度的计算地上部分地下部分地下室侧向约束刚度分布图0∞程序把地下室侧向约束刚度值按照三角形土的侧移刚度：Ak=M*H*1000(KN/m/m^2)等效侧移刚度：K=A*Ak式中H为地下室埋深，H为A为土作用面积•嵌固端与回填土约束M值的关系–嵌固端：设计概念–回填土约束：力学概念（M值）–两者没有任何关联！–回填土约束总是应如实填写，与嵌固端层号无关！3.M值与嵌固端关系M值影响结构动力特性模型为一规则的框架结构，地下3层，地上8层，层高3.3米。设防烈度7度（0.1g)，设防地震分组为三组，场地类别为3类，修正后的基本风压为0.9KN/m^2。模型号X向周期Y向周期扭转周期模型一（无地下室）0.94020.88490.7395模型二（M=-3）0.99180.92860.7860模型三（M=0）1.34911.26241.0503模型四（M=3）1.14981.11150.9556模型五（M=6）1.10961.06810.9170模型六（M=10000）0.99200.92910.7865模型七（M=100000）0.99180.92870.7860在M=0的时候，结构的周期是最大的,两侧周期都处于衰减阶段，当M值很大时，周期会收敛于0.9918s，与M=-3时的相同。由此可见，M值对于结构的周期之间存在着一定程度的反比关系。M值对地下室位移的约束选择地下室顶板的某个节点作为分析对象，不同模型的该节点在X或Y方向地震作用下的位移计算结果模型号X向平动Y向平动Z向平动X向转动(RX)Y向转动(RY)Z向转动(RZ)模型一(无地下室)//////模型二（M=-3）000.120.040.040模型三（M=0）5.625.860.180.140.130.002模型四（M=3）1.551.090.150.070.080模型五（M=6）0.960.650.140.060.070模型六