PKPM-砌体结构设计.ppt

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1、2005新版PKPM结构软件专题,砌体结构,PKPM各模块适用范围,PKPM系统中，不同类型的砌体房屋采用不同软件或者两个软件协作完成结构设计，具有砌体结构设计功能的模块及其适用范围如下：PMCAD：砖砌体房屋结构设计；底部框架-抗震墙房屋上部砌体结构设计QIK：小砌块房屋结构设计；底部框架-抗震墙房屋上部小砌块砌体结构设计SATWE：底部框架-抗震墙房屋底部框架-抗震墙部分三维分析和设计（抗震墙采用墙元模型）TAT：底部框架-抗震墙房屋底部框架-抗震墙部分三维分析和设计（抗震墙采用薄壁杆件模型）PK：底部框架-抗震墙房屋底部框架二维分析和设计,设计所用规范,建筑结构荷载规范（GB50009-

2、2001)建筑抗震设计规范（GB50011-2001)砌体结构设计规范（GB50003-2001)混凝土结构设计规范（GB50010-2002),计算砖混结构时，pkpm的主要步骤：,输入结构模型及荷载：包括轴线、墙厚、连梁、板厚、构造柱（按柱输入）、设计参数等基本信息；结构楼面布置信息：布置楼板错层、楼板开洞、修改部分板厚，布置圈梁；楼面荷载传导计算：输入及修改部分荷载，荷载传递计算；砌体结构抗震及其他计算，查看输出结果：包括受压计算、抗震计算、局压计算等结果。,画结构平面图：计算楼板配筋；砖混节点大样：在楼板配筋图的基础上，输出圈梁及构造柱的节点；如需计算第一步模型中输入的连梁，可在形成p

3、k文件这步选取要计算的连梁，然后到pk中去计算；也可以直接用TAT或Swate计算，只需要把梁节点定义成铰支座，再进行整体计算就行，比用pk快且准确。基础计算：注意将构造柱,水平地震作用计算和楼层地震剪力分配,基本原理,采用底部剪力法计算结构的楼层水平地震剪力，先在大片墙间分配，然后再分到大片墙中的墙段。大片墙是指包括门窗洞口的整片墙体。大片墙中各墙段承担的大片墙地震剪力按各墙段等效侧向刚度比例分配。墙段按门窗洞口划分,墙段等效侧向刚度确定原则,刚度计算及高宽比的影响：高宽比小于1时，只计算剪切变形；高宽比不大于4且不小于1时，同时计算弯曲及剪切变形；高宽比大于4时，等效侧向刚度取0。墙段的高

4、宽比是指层高与墙长之比，对门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比,注意重点,砌体结构采用基底剪力法计算地震作用，地震影响系数取最大值max，仅与地震烈度有关，与场地类别、设计地震分组无关。地震设防烈度可输入任意值，程序自动按差值计算水平地震影响系数最大值,地下室结构嵌固高度,有地下室或半地下室的砌体房屋，结构建模时可把地下室作为结构层输入，程序将地下室底平面高度内定为0.000。此参数为结构嵌固端相对于地下室底平面（0.000）的高度。计算结构总重力荷载代表值时将不计入嵌固端以下部分的结构重力荷载；在计算各层水平地震作用标准值时，楼层的计算高度为楼层相对于地下室底平面高度减去该嵌固高度。,注意

5、重点,单层房屋结构等效总重力荷载取总重力荷载代表值，多层房屋结构等效总重力荷载取总重力荷载代表值的85%屋顶间当作普通楼层输入。当顶层平面面积与相邻楼层平面面积之比小于0.714时，程序将顶层判定为屋顶间，自动对顶层地震作用乘以放大系数=3.5（1-A/A)此地震作用增大部分不往下传递。,砼墙与砌体弹塑性模量比,组合结构是指在砌体房屋中设置少量竖向连续钢筋混凝土剪力墙的多层砌体结构。组合结构中混凝土墙和砌体墙承担的层间地震剪力按各抗侧力构件的有效侧向刚度比例分配确定：有效侧向刚度的取值，砌体墙不折减，混凝土墙乘以折减系数。程序在计算砌体侧向刚度时，取砌体弹性模量为1；在计算混凝土墙侧向刚度时，

6、取混凝土弹性模量为实际混凝土弹性模量与实际砌体弹性模量之比并乘以折减系数。C=Ec/Em,适用范围：只有在结构某一层中既输入了砼墙，又输入了砖墙时才起作用物理意义：砼墙与砖墙的弹性模量比参数大小：缺省值是3，大小在36之间填写原则：一般而言，砼的弹性模量是砖墙的10倍以上。如果是同等墙厚，则砼墙的刚度就是砖墙的10倍以上。但在实际结构设计时，一方面砼墙的厚度小于砖墙的厚度，从而使砼墙的刚度有所降低；另一方面，在实际地震力作用下砼墙所承受的地震力是否就是砖墙的10倍以上还是一个未知数，因此此值不宜填得过高。,砼墙与砌体弹塑性模量比,砌体抗震抗剪承载力验算,注意重点,新规范版本在参数对话框中取消了

7、“考虑构造柱参与工作”选项，因新抗震规范（GB50011-2001）在砌体抗震抗剪公式中明确计入了墙段中部构造柱对抗震承载力的提高作用。新规范版本只考虑界面不小于240mm240mm且间距不大于4m的中部构造柱（不考虑端部构造柱）对抗剪承载力的贡献。新规范版抗剪公式中，不但计入了构造柱混凝土的抗剪作用，还计入了构造柱配筋所起的抗剪作用。,几点说明,砂浆和块体强度等级可以输入任意值，程序按线性差值的方法求出砌体的抗压强度设计值和抗剪强度设计值。砂浆强度等级大于M10时砌体抗剪承载力与砂浆强度等级等于M10时一样。沿砌体灰缝截面破坏时，砌体的抗剪强度设计值与块体强度等级无关,注意重点,程序对构造柱

8、面积和构造柱钢筋面积设了上限当横墙的所有中部构造柱面积之和与横墙面积之比大于0.15时，取0.15；当纵墙的所有中部构造柱面积之和与总墙面积之比大于0.25时，取0.25；当中部构造柱的钢筋面积与构造柱面积之比大于1.4%时，取1.4%。,抗剪验算中大片墙满足要求，而大片墙中的个别墙段不满足要求的原因,由于各墙段剪应力分布不均匀或构造柱设置不合理造成的解决办法：通过改变洞口位置、改变洞口高度来改变墙段高宽比，从而改变墙段的刚度和剪力；在不满足要求的墙段中部设置构造柱或加大已有构造柱截面、提高已有构造柱钢筋混凝土等级、增加已有构造柱钢筋面积,竖向导荷和墙体受压承载力验算,托墙梁上的荷载,托墙梁承

9、担的荷载包括托墙梁所在层楼面荷载1、托墙梁上各层墙体总重及导算到这些墙上的荷载2托墙梁按框架梁设计时，2可以进行折减：（1）托墙梁上墙体在过渡层无洞口或有一个洞口，2乘以折减系数0.51.0；（2）托墙梁上墙体在过渡层有两个或多个洞口，2不折减。,墙体受压承载力验算,墙段轴力设计值取以下两种组合的较大值：1.2恒+1.4活 1.35恒+0.98活通常情况下第二组的轴力比第一组的大,注意重点,PMCAD是按轴心受压计算墙体受压承载力的，未考虑轴力偏心距的影响（取=0）。对于需按单向或双向偏心受压计算的墙体，用户应按砌体规范自行进行补充验算,砌体房屋墙下条基设计注意,将构造柱定义为无基础柱PM恒活

10、与砖混荷载的区别 1.PM恒活有节点荷载，而砖混荷载无节点荷载，其节点荷载均布到周边墙体上；2.砖混荷载中同一轴线上的荷载被均匀处理为相同的；而PM恒活在各段墙上的荷载一般是不同的。相对而言，均布处理的方式更直观。如何选择 当同一轴线上的荷载较为均匀时，可选择砖混荷载，而荷载分布不均匀时，可选择PM恒活荷载。,底部框架-抗震墙房屋,基本原理,把房屋在底框顶层楼板处水平切开，将上部砌体和底部框架-抗震墙分开考虑分析计算上部砌体结构的计算与把整体房屋视作砌体房屋相同底部框架-抗震墙结构计算时，将上部砌体的外荷载和结构自重作用在底框顶部，不考虑上部砌体的刚度贡献,底框结构的荷载,竖向荷载=恒荷载（墙

11、体、构造柱自重及楼面恒载）+活荷载（楼面活荷载）地震作用：（1）水平地震作用，上部各层水平地震作用之和；（2）倾覆弯矩，作用于上部砌体楼层的水平地震作用平移到底框顶层楼板处后，产生作用于底框顶层楼板处的倾覆弯矩。风荷载：水平风荷载及倾覆弯矩与地震作用相同,底框-抗震墙结构倾覆弯矩分配,由地震作用和风荷载产生倾覆弯矩转化为作用于柱顶的附加轴力及作用于墙顶的附加轴力和附加弯矩假定上部砌体为刚体，底层及底部二层框架-抗震墙结构楼板竖向变形符合平截面假定，则底层框架-抗震墙结构可视为一悬臂梁，底部二层框架-抗震墙结构可视为一变截面悬臂梁,底框计算地震作用SATWE计算步骤,计算各工况荷载内力调整墙、柱

12、地震剪力，使其满足以下两个条件：1）底框的纵向和横向地镇剪力全部由该方向的抗震墙承担 2）底框柱承担的地震剪力按各抗侧力构件有效侧向刚度比例分配确定；有效侧向刚度的取值，框架不折减，混凝土墙乘以折减系数0.3，砌体墙乘以折减系数0.2；内力组合与配筋,框支墙梁设计,框支墙梁：由框架梁和支撑在梁上的计算高度范围内的砌体墙所组成的组合结构墙梁顶面的荷载设计值，取托梁以上各层墙体自重，以及墙梁顶面以上各层楼板的恒荷载和活荷载。墙梁设计方法：1）全部荷载法，托梁承托全部墙体自重及楼面荷载，墙梁顶面的荷载设计值不折减 2）部分荷载法，对墙梁顶面荷载设计值折减，托梁承托部分墙体自重及楼面荷载，折减系数不宜

13、小于0.6 3）规范算法，考虑墙梁组合作用，对墙梁顶面荷载设计值产生的托梁弯矩和支座剪力进行折减（托梁顶面的荷载设计值不折减）,注意重点,砖混底框房屋的砌体墙厚不应小于240mm，其层数和高度及底框部分抗震横墙的最大间距与地震烈度有关砖混底框结构的抗震墙数量有纵横两个方向的层间刚度比决定地震烈度为6、7、能够采用7.5度且总层数不超过5层的底层框架-抗震墙房屋，允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙，其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙；底部两层框架-抗震墙房屋不允许设置砌体抗震墙,底部框架-抗震墙房屋的抗震墙布置应满足的要求,上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐底框部分纵横两个方向的

14、抗震墙应均匀对称分布或基本均匀对称布置,关于底框的风荷载,程序在计算底框风荷载时没有考虑风振的影响，取风振系数z=1SATWE模块目前不能直接计算风荷载，需要设计人员在特殊风荷载定义中人为输入；使用TAT模块可以计算底框风荷载内力底框风荷载的风荷参数由PMCAD确定，TAT读取PMCAD里面的风荷参数TAT模块计算底框风荷载内力时考虑了上部风荷载对底框施加的倾覆弯矩，并将倾覆弯矩转化为作用于墙、柱顶部的竖向荷载,关于侧移刚度,PMCAD计算楼层侧移刚度的基本假定：（1）楼板为刚体，在平面内只平动不转动，在平面外不弯曲；（2）计算某层侧移刚度时，地板设为固定端，顶板为滚动支座；（3）计算框架柱侧

15、移刚度只考虑弯曲变形，计算混凝土抗震墙和砌体抗震墙侧移刚度同时考虑弯曲变形和剪切变形PMCAD目前版本对待洞口混凝土抗震墙均按小洞口混凝土抗震墙处理，对大洞口混凝土抗震墙，用户应在结构建模时将墙段作为独立墙体输入。,混凝土抗震墙高宽比的要求,底层框架-抗震墙房屋的底层钢筋混凝土抗震墙，宜开设洞口形成若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于2；对不便开设洞口的带边框低矮墙，应在墙中设置竖缝使墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元底层钢筋混凝土抗震墙通过设竖缝分成若干墙段，结构建模时各墙段应作为独立墙体分别输入,剪力墙超筋的处理办法,砼剪力墙超筋的原因是剪力墙设置过少底框结构底部剪力墙的数量由构造要

16、求和层间刚度比控制。墙体越宽，需要的墙体数量越少；墙体越少，就越容易出现超筋底部剪力墙应开设洞口形成高宽比不小于2的墙段，不宜开设洞口的应设竖缝将墙体分成高宽比大于1.5的墙板单元在满足剪力墙高宽比的前提下，通过调整剪力墙的数量，使层间刚度比落在许可范围内，以避免剪力墙超筋,关于分析软件,SATWE、PK软件可适用于同时设置钢筋混凝土抗震墙和砌体墙的底框-抗震墙结构，TAT软件仅适用于设置钢筋混凝土抗震墙的底框结构用户应优先适用SATWE、TAT模块，对底框结构作空间分析,“按经验考虑墙梁上部作用荷载折减”,由于墙梁的反拱作用，使得一部分荷载直接传给了竖向构件，从而使墙梁的荷载降低若选择此项，

17、则程序对所有的托墙梁均折减，而不判断该梁是否为墙梁,“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”,若选择此项，则程序自动判断托墙梁是否为墙梁，若是墙梁则自动按照规范要求计算梁上荷载，若不是墙梁则按照均布荷载的方法加到托墙梁上若两项同时选取，则程序对于墙梁执行“按规范墙梁方法确定托梁上部荷载”，对于非墙梁则执行“按经验考虑墙梁上部作用荷载折减”,砖混底框不计算地震力时的设计,目前的PMCAD软件不能计算非抗震的砖混底框结构设计时可按如下方法处理：1、可按6度设防计算，砖混抗震验算结果可不看 2、砖混抗震验算完成后执行SATWE软件进行底框部分内力的计算,砖混底框不计算地震力时设计,处理方法的基本原理一般来

18、说，砖混底框结构按6度设防计算时地震力并非控制工况对于构件的弯矩值基本上都是恒+活载控制剪力值，有可能某些断面由地震力控制，但该剪力值的大小与恒+活作用下的剪力值相差也不会很大。直接用该值设计首先肯定偏安全，其次误差很小如果个别构件出现其弯矩值均由地震力控制，这种情况一般出现在结构的外围构件中，涉及人员或者直接采用改值进行设计，误差不大，或者作为个案单独处理,砖混底框结构刚度比的计算与调整方法的探讨,规范要求：建筑抗震设计规范第条第3款明确规定：底部框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度是不用大于2.5，8度是不应大于2.0，且均不应小于1.0第4款明确规定：底部

19、两层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向，底部与底部第二层侧向刚度应接近，第三层与底部第二层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0,砖混底框结构刚度比的计算与调整方法的探讨,从规范可以看出：由于过渡层为砖房结构，受力复杂，若作为薄弱层，则结构位移反应不均匀，弹塑性变形集中，从而对抗震不利设计的目标是充分发挥底部结构的延性，提高其在地震力作用下的抗变形和耗能能力,PMCAD对砼墙体刚度的计算,对无洞口墙体的计算：1、如果墙体的高宽比M1.0，则需计算剪弯刚度KCW=1/(3Hj/ECAW+Hj3/12ECIW)对小洞口墙体的计算：1、小洞口墙体的判断标准=（

20、bhhh/lwHj)1/20.4 2、目前的PMCAD软件，对于砖混底框结构只允许开设小洞口剪力墙。对于0.6或洞口高度大于等于0.8的大洞口剪力墙，则只能分片输入 3、PMCAD软件根据开洞率按照抗震规范表成一腔段洞口影响系数计算小洞口剪力墙的刚度,工程算例,本工程为一层底部框架剪力墙，上部为5层砖房结构，首层层高3.9米，其余各层层高2.9米，底层砼墙后为200mm，其余各层墙厚为240mm，地震设防烈度为7度，地震基本加速度为0.15g。墙体不开洞，X、Y向的侧移刚度比分别为：K0=0.711.0，K90=0.451.0，均不满足要求,以Y向为例，墙体开设24001200mm小洞口，经计

21、算，=0.390.4，符合小洞口的要求。计算后，Y想的侧移刚度比K90=0.461.0，还是不满足要求墙体开设竖缝：1、墙体不开设竖缝的刚度计算：墙体的高宽比M=0.810.1，因此只计算剪切刚度KCW=82.05EC 2、墙体设竖缝的刚度计算：,调整过程,墙体开设竖缝的计算,开设竖缝如图所示墙段1的高宽比M1=3900/1500=2.61.0，需要计算剪弯刚度KCW=7.88EC；墙段2的剪弯刚度KCW=7.88EC；墙段3的高宽比M3=3900/1400=2.781.0，需要计算剪弯刚度KCW=6.7EC。墙体设竖缝后的总刚度为KCW=（7.88+7.88+6.7）EC=22.46EC墙体

22、设竖缝后的总刚度与不设竖缝的总刚度之比为22.46/82.05=0.27设竖缝后的Y向侧移刚度比为K90=1.13，满足规范要求,设竖缝的剪力墙墙体的构造要求,竖缝两侧应设置暗柱剪力墙的竖缝应开到梁底，将剪力墙分成高宽比大于1.5，但也不宜大于2.5的若干个墙板单元对带边框的低矮钢筋混凝土墙的边框柱的配筋不应小于无钢筋混凝土抗震墙的框架柱的配筋和箍筋要求带边框的低矮钢筋混凝土墙的边框梁，应在竖缝的两侧1.5倍梁高的范围内箍筋加密，其箍筋间距不应大于100mm竖缝的宽度可与墙厚相等，竖缝处可用预制钢筋砼块填入，并做好防水,底部两层框架结构的处理,底部框架-剪力墙部分为两层的砖混结构，可以通过开设

23、洞口的方式形成高宽比大于2的若干墙段,结构建模、复杂体型砌体房屋力学模型,注意重点,由于计算结构自重时没有从墙体体积中扣除掉圈梁所占体积，也没有计入圈梁重量，所以输入与不输入圈梁对结构计算没有影响带裙房的大底盘砌体房屋的砌体部分和裙房之间的高差一般都大于6m，应设置防振缝将底部裙房和砌体房屋分离，对砌体房屋和裙房单独计算,注意重点,多塔砌体房屋的各塔和底盘之间的高差一般都大于6m，应设防震缝将各塔和底盘分离，对各塔和底盘单独计算带阁楼的坡屋顶砌体房屋计算时应用平屋顶代替坡屋顶，顶层层高取该层山墙的平均高度。,设置变形缝砖混房屋的计算,对于中间带变形缝的砖混结构，设计时应该分别计算按建筑抗震设计

24、规范规定砖混结构按底部剪力法计算地震力，底部剪力法计算地震力的基本假定是结构整体布置均匀对称、楼板连续，而中间带变形缝的砖混结构显然不符合这个基本假定，所以应分别计算,有错层砌体房屋的计算,楼板高差小于0.5m，结构建模时通过将各层较低楼板提升到较高楼板处，把错层房屋转化成无错层房屋楼板高差大于等于0.5m，在错层处应设防震缝，对缝两侧结构单独计算,地基不在同一标高（建在斜坡上）的砌体房屋,对此类结构可有两种近似方法选择（1）保守起见，房屋嵌固端取在地基最低标高处，水平地震作用按地基最低处计算（2）房屋嵌固端分别取在地基最低标高处和地基最高标高处，水平地震作用计算两次，墙体抗震抗剪承载力验算取

25、两次计算结果的平均值,带全地下室或半地下室房屋的嵌固端的确定,全地下室 全地下室不按一层考虑，房屋嵌固端位于地下室顶板处半地下室（1）无窗井半地下室 A）半地下室底板距室外地面距离大于半地下室净高的1/2，半地下室不按一层考虑，房屋嵌固端位于地下室顶板处 B）半地下室底板距室外地面距离小于等于半地下室净高的1/2，半地下室按一层考虑，房屋嵌固端位于地下室底板处,带全地下室或半地下室房屋的嵌固端的确定,（2）设窗井半地下室 A）有窗井而无窗井墙或窗井墙不与纵墙相连，未形成扩大基础的底盘，周围的土体不能对半地下室起约束作用，此时半地下室应按一层考虑，房屋嵌固端位于地下室底板处 B）窗井墙为内横墙的延伸，形成了扩展的半地下室底盘，提高了结构的整体稳定性，此时可以认为半地下室在土体中具有较好的嵌固条件，半地下室可不按一层考虑，房屋嵌固端位于地下室顶板处,