08版PKPM剪力墙的建模及计算处理

08版PKPM剪力墙的建模及 计算处理 高航徐飞略 中国建筑科学研究院PKPM工程部 2009年9月 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 1、 08版一片墙上只能有一个洞口，后布置的洞口会覆盖 先前布置的洞口，这与05版程序有区别(允许多个洞口存 在）。如果洞口上有节点，如加梁、上层节点下传等，宜 将洞口分两片墙输入。 一、剪力墙建模的一些注意事项 2、 PMCAD要求一片剪力墙长度不能超过15m，超过时程序 自动在中间增加节点，这主要是为后面的计算模块做准 备，一片墙太长不利于网格划分。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 3、墙顶标高的使用 当上节点高不方便或不能达到建筑要求时，可使用墙 顶标高来实现。 一、剪力墙建模的一些注意事项 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 4、剪力墙的单元划分 05版SATWE是按建模时的总网格来划分单元的，总网 格中每条轴线上的顺序各节点，包含了从上而下所有楼层 所有墙的节点合并后的结果。如果楼层很多且上下层墙的 布置变化很大，对某一轴线墙划分单元时，为了保证上下 单元的对应连接，常会出现大量狭长单元。 08版不再根据总网格做单元划分，而是根据每层单独 的墙布置，仅考虑相邻层的墙布置来划分单元。当上下相 邻层墙布置或墙上洞口布置不对应时，常用增加一个三角 形单元过渡的方法实现上下层单元节点的协调性。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 4、上下洞口不对齐的单元划分 如果上下层洞口不对齐，且在下层节点处无上层对应 节点的话，SATWE会增加三角形过渡单元，实现上下层节 点变形协调。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 5、上下墙节点不对应 有时上层墙端节点在下层无对应节点，或下层墙端节 点在上层无对应节点，在单元划分时，SATWE会增加三角 形过渡单元，实现上下层节点变形协调。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 目前从PMCAD建模到SATWE计算这一过程中，由于 SATWE对剪力墙单元处理还有些局限，程序中对剪力墙的 洞口、节点和长墙段作了一些处理。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （1)忽略小洞 若B2≤600mm且H2≤600mm 或B2≤300mm 或H2≤300mm 则取B2＝H2＝0，即不考虑这些小洞口对剪力墙刚度 的影响。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 宽400 高400的小洞口计算时被忽略 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （2)修整边洞 若B1＜300mm或B3＜300mm，则相应取B1＝300mm或B3 ＝300mm 若H1＜300mm或H3＜300mm，则相应取H1＝0或H3＝0 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 墙垛长小于300mm时被补到300mm PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 因此，如果洞口布置时靠边，则SATWE计算时，会在 洞口边自动增加300mm长小墙肢，相当于减小了洞口宽度 与墙梁跨度；如果洞口较高，连梁高度＜300mm，则计算 时略去连梁，计算结果无连梁数据。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 下面举例说明常见情况。单元划分时，参数“墙元细 分最大控制长度（单位m）” SATWE设为2m，“墙元侧向 节点信息”设为“内部”。 （1）洞口靠边 洞口靠边 洞口靠边 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （1）洞口靠边 SATWE内力计算时在洞口边增加300mm长小墙肢。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （2）转角处开洞 在进行如下图所示转角处开洞模型计算时，SATWE可 以正确处理转角处洞口信息，内力计算时转角处无竖向构 件，网格划分时的300mm墙肢只是显示，并不参与计算， 如下图所示。 此 处 自 动 生 成 300mm墙，但不参 与计算 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （2）转角处开洞 05版该方法建模转角窗处会产生竖向构件，与实际不 符，所以洞口需要按照梁来建模，08版解决了该问题。 墙元划分立面图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （3）墙长小于900mm时开洞 第一种情况： SATWE单元划分时，如果洞口宽度小于等于300mm时， 该洞口将被略去。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 6、SATWE单元划分时的特殊处理 （3）墙长小于900mm时开洞 第二种情况： 如果洞口宽度大于300mm，由于墙总长小于900mm，将 造成墙两侧不足300mm，此时程序将墙两侧单元宽度补足 到300mm，但是这同时又造成了洞口宽度小于等于300mm， 于是洞口又被略去。因此，当洞口所在墙长度小于900mm 时，无论洞口多大，该洞口都将被忽略。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 7、节点归并 为避免墙单元划分时出现狭长单元，增加单元划分的 合理性，程序会对距离过近的节点归并。如果同一直线上 墙节点距离小于300mm，SATWE会进行节点归并，删除其中 一节点，与该节点相连的构件端点移动到归并后节点上。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 7、节点归并 该项设置是08版新增处理。 PM模型 计算模型 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 8、短墙肢忽略 如果直段墙的端部有两个节点距离小于300mm，则 SATWE计算时可能会将该小墙肢删除。 PM模型 计算模型 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 9、对剪力墙墙段长度的限制 由于SATWE要求墙元的上端和下端的出口节点的个数 都不能超过10个，也就是说每片剪力墙上从左到右单元的 个数最多9个，因此当划分的单元长度为2m时，墙的长度 不能超过18m，划分的单元长度为1m时，墙的长度不能超 过9m。 由于受到这种局限，程序将对长度超过15m的墙自动 分割打断，在墙中间增加节点。在PMCAD的建模完成并退 出时程序自动打断长墙。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 1、计算模型 由于边框柱与剪力墙相连，其受力与框架柱有很大不 同，《高层建筑混凝土结构技术规程》第8.2.5条规定： “剪力墙截面宜按工字形设计，其端部的纵向受力钢筋应 配置在边框柱截面内。 二、带边框柱剪力墙 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 1、计算模型 PKPM软件的不同计算模块对于带边框柱剪力墙的计算 模型有所不同，TAT模块采用薄壁柱原理计算剪力墙，计 算时将边框柱作为剪力墙的翼缘；SATWE计算时，除柱上 下节点外，不考虑柱中部与剪力墙的变形协调，但考虑了 柱与剪力墙重叠部分的重复计算，在生成柱刚度时减去了 与剪力墙的重叠部分；PMSAP计算时如果选“出口节 点”，则边框柱与剪力墙变形协调，否则变形不协调。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 1、计算模型 SATWE进行结构指标计算时，边框柱将不按框架柱考 虑，如0.2Q0调整、楼层受剪承载力计算、框架倾覆弯矩计 算等均不考虑边框柱的贡献。 边框梁和剪力墙布置在同一个网格上，在荷载传导 时，楼面荷载优先传导到剪力墙，边框梁只起到传递梁上 荷载的作用；边框梁实际上属于剪力墙的一部分；两者存 在重叠部分，计算软件没有对边框梁作特殊处理，在结构 刚度上是重叠计算的，SATWE计算时将边框梁两端的节点 和剪力墙上部端点实现变形协调；PKPM计算软件对于边框 梁也不做强剪弱弯、强柱弱梁等调整。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 1、计算模型 边框梁主要受压，而梁给出的是受弯配筋，所以一般 计算出的都是构造，目前已经很少在模型中看到。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、配筋模型 05版SATWE在计算带边框柱剪力墙配筋时，没有将边 框柱与剪力墙共同考虑，剪力墙按一字形墙配筋，柱按框 架柱配筋，在边缘构件配筋时将边框柱与剪力墙边缘构件 的配筋结果相加得到最终的边缘构件配筋。这样就使得带 边框柱剪力墙的配筋偏大，用户常需要在组合墙配筋设计 中去修改。 08版SATWE程序在边缘构件配筋设计时将考虑边框柱 与剪力墙作为整体进行配筋设计，不仅减少了配筋量，而 且配筋结果也更加合理。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 08版增加了复杂空间建模程序SpaSCAD接力SATWE计算 的功能，这一过程简称为SpaS－SATWE。这里的SATWE计算 增加了对复杂模型的适应，功能大大增强。 三、SpaS---SATWE的墙元划分 1、改进要点 SpaS－SATWE对剪力墙单元划分采用了全新的方法， 它没有了PM－SATWE的许多局限，单元的质量和协调性大 大提高，具体如下： PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn （1）没有对洞口最小尺寸的限制； （2）允许洞口靠近墙端节点，对于洞口靠墙端情况不再 在墙端增加300宽墙段，保证了计算的合理性。对于 转角墙那种两片墙的洞口相交的情况可以正确地计 算； （3）对墙元的上端和下端的出口节点的个数不受限制， 因此对于用户建模中墙的长度也不再限制。 （4）推荐墙的单元长度为1m，并改进了剪力墙单元划分 方法，使单元的形状更加合理，多使用矩形单元， 减少三角形单元，且大小分布更加均匀； （5）左右墙之间的单元节点多采用出口节点。 三、SPAS---SATWE的墙元划分 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、改进实例 （1）洞口靠边 PM模型 SPAS-SATWE 网格划分 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、改进实例 （2）越层洞口 PM模型 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、改进实例 （2）越层洞口 SPAS-SATWE 网格划分 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、改进实例 （3）墙长小于900mm时开洞 SPAS-SATWE 网格划分 PM模型 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 3、SpasCAD应用实例 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 导入PMCAD模型并进行扩展的体育馆结构 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 体育馆自振图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn SPASCAD自建模型水塔 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 水塔自振图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn SPASCAD自建模型鸟巢 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 鸟巢自振图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 四、程序对短肢剪力墙的判别及设计 1、短肢剪力墙的定义 （1）高规7.1.2条： 短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪 力墙； （2）广东高规：高厚比4 ～8; 同时特别指出：当剪力墙截面厚度不小于层高的 1/15,且不小于300mm，此时高宽比大于4仍为一般剪力墙 。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn （3）北京市建筑设计技术细则： 当墙肢截面高度与厚度之比虽为5-8，但墙肢两侧均 与较强连梁（连梁净跨与连梁截面高度之比<2.5)或墙肢 较短但与翼墙相连时（翼墙长度应不小于翼墙厚度的3倍 ），可不作为短肢剪力墙处理。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 2、短肢剪力墙数量的上限和下限 （1）《高规》规定，抗震设计时，短肢墙承受的第一振 型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的 50%，为短肢墙数量的上限。 （2）《高规》若干问题解说（黄小坤）： 短肢剪力墙承受的倾覆力矩可占结构底部总倾覆力矩 的40%-50%。对于倾覆力矩小于15%的剪力墙，不必判定为 短肢剪力墙结构。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn （3）北京市建筑设计技术细则： 由短肢墙负荷的楼面面积比例超过60%（多层）或 50%（高层）。 （4）广东高规： 短肢剪力墙的截面面积占剪力墙总截面面积的50%以 上 。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 3、使用软件时需注意的问题 （1）软件对短肢剪力墙的判断： 目前，PKPM中短肢剪力墙是不超过两个墙肢且每个 墙肢高厚比都小于8的剪力墙——全国（结构地区） （2）可首先将结构体系定义为“短肢剪力墙结构”，在 WV02Q文件中查看底部倾覆弯矩，判断其是否为短肢墙 结构或超限。如选择广东，还可查看短肢墙的截面面 积,并按广东高规判断的短肢墙进行倾覆力矩的计算。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn （3）如体系不选择“短肢剪力墙”，程序认为是一般墙 ，不对结构进行任何有关短肢墙的判断及设计。 （4）选择“短肢剪力墙”体系，程序自动对短肢墙抗震 等级提高一级，包括相应的内力放大。 （5）短肢剪力墙和高厚比小于5的独立矩形墙要全楼验算 轴压比，且分为有无翼缘和端柱的不同情况，TAT、SATWE 、PMSAP可以正确进行判断有无翼缘和端柱。 （6）短肢剪力墙全截面配筋率，底部加强区不小于1.2% ，其他部位不小于1.0%。目前软件未执行该条，需设计人 员人工校核。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn （7）目前，软件没有特殊指定某片墙为短肢剪力 墙的功能。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn SATWE中短肢墙的判定（白色墙体） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn SATWE中洞口方式建模短肢墙的判定（白色墙体） PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 谢 谢 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn