《PKPM软件在应用中的问题解析》讲义
01-23 15:14:58结构工程师考试试题
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《PKPM软件在应用中的问题解析》讲义,
第十四章 不规则结构方案调整的几种主要方法
（一）工程算例１
⑴工程概况：某工程为一幢高层住宅建筑，纯剪力墙结构，结构外形呈对称y形。一层地下室，地上共23层，层高2.8m。工程按 8度抗震烈度设防，地震基本加速度为0.2g，建筑抗震等级为二级，计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。（图略）
⑵这个工程的主要特点是：
①每一个楼层沿y向对称。
②结构的角部布置了一定数量的角窗。
③结构平面沿y向凹进的尺寸10.2m，y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于平面布置不规则结构，对结构抗震性能不利。
⑶本工程在初步设计时，结构外墙取250厚，内墙取200厚。经试算结果如下：
结构周期：
t1＝1.4995s，平动系数：0.21（x），扭转系数：0.79
t2＝1.0954s，平动系数：0.79（x），扭转系数：0.21
t3＝1.0768s，平动系数：1.00（y），扭转系数：0.00
周期比：t1／t2＝1.37， t1／t3＝1.39
最大层间位移比：1.54
最大值层间位移角：1／1163
⑷通过对上述计算结果的分析可以看出，该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值，而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。
经过分析我们得知，之所以产生这样的结果，主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。
⑸为了有效地提高结构的抗扭转能力，经与建筑协商，在该结构的深开口处前端每隔3层布置两道高lm的拉梁，拉梁间布置200mm厚的连接板（如图2所示）。（图略）
经过上述调整后，计算结果如下：
t1＝1.3383s，平动系数：0.22(x)，扭转系数：0.78
t2＝1.0775s，平动系数：0.78(x)，扭转系数：0.22
t3＝1.0488s，平动系数：1.00(y)，扭转系数：0.00
周期比：t1／t2=1.24，t1／t3=1.28
最大层间位移比：1.48
最大值层间位移角：1／1250
⑹从上述结果中可以看出，由于设置了拉梁和连续板，使结构的整体性有所提高，抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比有所降低，但仍不满足要求。
经过分析得知，一方面，必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比；另一方面，结构的最大位移值出现在角窗部位，因此，控制最大位移值就成为改善位移比的关键。
为此，对本工程采取如下措施：
①尽量加大周边混凝土构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转的能力。
②将转角窗处的折梁按反梁设计，其断面尺寸由原来的200×310改为350×1000，从而控制其最大位移。
③将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm，以增大周边构件连梁的刚度。
④加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度，以降低结构内部的刚度。
经过上述调整后，计算结果如下：
t1＝1.0250s，平动系数：1.00(x)，扭转系数：0.00
t2＝0.9963s，平动系数：1.00(y)，扭转系数：0.00
t3＝0.8820s，平动系数：0.00， 扭转系数：1.00
周期比：t3／t1＝0.86；t3／t2＝0.88
最大层间位移比：1.29
最大值层间位移角：1／1566
该工程最大层间位移比为1.29，根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3（如下表所示）可知，本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1／1240，满足要求。
表7.2.3
扭转变形指标 ξ＝umax/u／1.2／1.3／1.4／1.5／1.6／1.7／1.8／
中震下最大水平层间位移角限值／2.8／2.26／1.81／1.4／1.05／0.74／
小震下最大水平层间位移角限值／1／1/1.24／1/1.55／1/2／1/2.67／1/3.78／1/6
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
⑺通过上述调整后，可以看出结构的整体抗扭转能力得到了很大的提高，周期比和位移比都能满足规范要求，设计合理。
⑻对于角窗结构，宜在角窗处的楼板内设置暗梁等措施以提高结构端部的整体性。
(二)工程算例2
⑴工程概况：某超高层商办楼，主楼41层，结构高度184.3m。地下室共5层，深19.5m，结构体系为钢筋混凝土筒体和框架组成的钢－混结构体系，框架由钢骨混凝土柱和钢柱组成。本工程按7度抗震烈度设防，建筑抗震等级按二级，因工程平面复杂，构造措施按提高一级。其结构平面图如图1所示。（图略，该结构总长35m，总宽42m，结构右上角和左下角均缺少14x16.8m的部分结构）
⑵工程特点：本工程筒体刚度较大，但延性较差，结构初算侧移很小，但平扭周期偏大，在地震作用下质心与其他角点以及边缘点的位移比亦不满足要求。究其原因，因筒体偏离整个平面较大，中部连接板带尺寸过小。
⑶调整方法
①剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度；
②结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束；
③薄弱层楼板加厚以提高楼板刚度，增加结构水平的协调能力。
④筒体内主要角部暗埋了竖向h型钢，在周边连梁内暗埋h型钢，以提高筒体的延性。
⑷计算结果
结构自振周期计算结果如下表所示：
modeno period angle movement torsion
1 4.8103 14.53 0.93 0.07
2 3.8697 97.38 0.85 0.15
3 3.1442 136.6 0.23 0.77
周期比：t3／t1＝0.653：t3／t2＝0.813；
地震作用下的位移比均小于1.40。
地震作用下的最大层间相对位移：x向为1／1220，y向为1／1328。，《PKPM软件在应用中的问题解析》讲义
第十四章 不规则结构方案调整的几种主要方法
（一）工程算例１
⑴工程概况：某工程为一幢高层住宅建筑，纯剪力墙结构，结构外形呈对称y形。一层地下室，地上共23层，层高2.8m。工程按 8度抗震烈度设防，地震基本加速度为0.2g，建筑抗震等级为二级，计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。（图略）
⑵这个工程的主要特点是：
①每一个楼层沿y向对称。
②结构的角部布置了一定数量的角窗。
③结构平面沿y向凹进的尺寸10.2m，y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于平面布置不规则结构，对结构抗震性能不利。
⑶本工程在初步设计时，结构外墙取250厚，内墙取200厚。经试算结果如下：
结构周期：
t1＝1.4995s，平动系数：0.21（x），扭转系数：0.79
t2＝1.0954s，平动系数：0.79（x），扭转系数：0.21
t3＝1.0768s，平动系数：1.00（y），扭转系数：0.00
周期比：t1／t2＝1.37， t1／t3＝1.39
最大层间位移比：1.54
最大值层间位移角：1／1163
⑷通过对上述计算结果的分析可以看出，该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值，而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。
经过分析我们得知，之所以产生这样的结果，主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。
⑸为了有效地提高结构的抗扭转能力，经与建筑协商，在该结构的深开口处前端每隔3层布置两道高lm的拉梁，拉梁间布置200mm厚的连接板（如图2所示）。（图略）
经过上述调整后，计算结果如下：
t1＝1.3383s，平动系数：0.22(x)，扭转系数：0.78
t2＝1.0775s，平动系数：0.78(x)，扭转系数：0.22
t3＝1.0488s，平动系数：1.00(y)，扭转系数：0.00
周期比：t1／t2=1.24，t1／t3=1.28
最大层间位移比：1.48
最大值层间位移角：1／1250
⑹从上述结果中可以看出，由于设置了拉梁和连续板，使结构的整体性有所提高，抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比有所降低，但仍不满足要求。
经过分析得知，一方面，必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比；另一方面，结构的最大位移值出现在角窗部位，因此，控制最大位移值就成为改善位移比的关键。
为此，对本工程采取如下措施：
①尽量加大周边混凝土构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转的能力。
②将转角窗处的折梁按反梁设计，其断面尺寸由原来的200×310改为350×1000，从而控制其最大位移。
③将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm，以增大周边构件连梁的刚度。
④加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度，以降低结构内部的刚度。
经过上述调整后，计算结果如下：
t1＝1.0250s，平动系数：1.00(x)，扭转系数：0.00
t2＝0.9963s，平动系数：1.00(y)，扭转系数：0.00
t3＝0.8820s，平动系数：0.00， 扭转系数：1.00
周期比：t3／t1＝0.86；t3／t2＝0.88
最大层间位移比：1.29
最大值层间位移角：1／1566
该工程最大层间位移比为1.29，根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3（如下表所示）可知，本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1／1240，满足要求。
表7.2.3
扭转变形指标 ξ＝umax/u／1.2／1.3／1.4／1.5／1.6／1.7／1.8／
中震下最大水平层间位移角限值／2.8／2.26／1.81／1.4／1.05／0.74／
小震下最大水平层间位移角限值／1／1/1.24／1/1.55／1/2／1/2.67／1/3.78／1/6
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
⑺通过上述调整后，可以看出结构的整体抗扭转能力得到了很大的提高，周期比和位移比都能满足规范要求，设计合理。
⑻对于角窗结构，宜在角窗处的楼板内设置暗梁等措施以提高结构端部的整体性。
(二)工程算例2
⑴工程概况：某超高层商办楼，主楼41层，结构高度184.3m。地下室共5层，深19.5m，结构体系为钢筋混凝土筒体和框架组成的钢－混结构体系，框架由钢骨混凝土柱和钢柱组成。本工程按7度抗震烈度设防，建筑抗震等级按二级，因工程平面复杂，构造措施按提高一级。其结构平面图如图1所示。（图略，该结构总长35m，总宽42m，结构右上角和左下角均缺少14x16.8m的部分结构）
⑵工程特点：本工程筒体刚度较大，但延性较差，结构初算侧移很小，但平扭周期偏大，在地震作用下质心与其他角点以及边缘点的位移比亦不满足要求。究其原因，因筒体偏离整个平面较大，中部连接板带尺寸过小。
⑶调整方法
①剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度；
②结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束；
③薄弱层楼板加厚以提高楼板刚度，增加结构水平的协调能力。
④筒体内主要角部暗埋了竖向h型钢，在周边连梁内暗埋h型钢，以提高筒体的延性。
⑷计算结果
结构自振周期计算结果如下表所示：
modeno period angle movement torsion
1 4.8103 14.53 0.93 0.07
2 3.8697 97.38 0.85 0.15
3 3.1442 136.6 0.23 0.77
周期比：t3／t1＝0.653：t3／t2＝0.813；
地震作用下的位移比均小于1.40。
地震作用下的最大层间相对位移：x向为1／1220，y向为1／1328。，《PKPM软件在应用中的问题解析》讲义
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