PKPM 新规范计算软件

TAT 、 SATWE 、 PMSAP

应用指南

目录

1. 扭转耦联2. 双向地震扭转效应3. 偶然偏心4. 竖向地震作用5. 有效质量系数：参与振型数够不够？6. 振型的侧振、扭振成分 --- 判断一个振型是扭转振型还是平动振型？7. 多方向水平地震作用8. 最小地震剪力调整9. 竖向不规则结构地震作用效应的调整10.0.2Q0 调整

11. 框支柱地震作用下的内力调整12. 设计内力调整 ( 强柱弱梁 , 强剪弱弯 )13. 位移比控制，层间位移比控制14. 周期比控制15. 层刚度比控制16. 框剪结构中框架承担的倾覆力矩计算17. 重力二阶效应18. 传给基础的上部结构刚度19. 弹性时程分析及地震波的选取20. 整体稳定验算21. 高位转换结构的刚度比验算

1. 扭转耦连 新高规 3.3.4-1 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耦连振动影响的振型分解反应谱法。 TAT 、 SATWE 和 PMSAP 三个程序都具有考虑扭转耦连的功能。

A) TAT,SATWE 将该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定 B) PMSAP 计算时总是考虑扭转耦连 C) 非耦联计算仅适用于平面结构以及能够解耦成平面结构的简 单空间结构，对复杂空间结构可能造成错误结果。 D) 耦联计算适用于任何结构，总是正确的。 E) 耦联计算的结果不一定比非耦联计算的结果大（保守），二 者没有必然关系 F) 建议总是选择耦联计算，不会出问题。

2. 双向地震作用

规范条文：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。 具体操作原则：楼层位移比或者层间位移比超过 1.2 ，考虑双向地震 程序实现：现在我们考虑某个地震反应参数 S ，该参数在 X 和 Y地震作用下的反应分别为 SX 和 SY, 那么在考虑了双向地震扭转效应后：

这意味着对于 X 和 Y 地震作用都作不同程度的放大。考虑双向地震时 , 内力组合不改变。该功能作为用户选项，考虑与否由用户自定。

22 )85.0( yxx SSS

22 )85.0( xyy SSS

对于柱的弯矩和剪力，处理方法稍有不同，举例说明如下：

我们令 S 代表某个柱截面在某个方向上的弯矩或剪力：X 地震作用下的值 SX ， Y 地震作用下的值 SY ， 考虑双向地震后 改变成为

'' , YX SSYX SS ,

ENDIF

SSS

SS

ELSE

SS

SSS

THENSSIF

XYY

XX

YY

YXX

YX

22'

'

'

22'

)85.0(

)85.0(

|)||(|

考虑双向地震对楼层位移、层间位移输出的影响：

TAT 输出了考虑双向地震作用的地震位移； SATWE,PMSAP 暂时没输出位移的双向地震效应；

考虑双向地震对内力的影响： TAT,SATWE 均将原来的单向 X 、 Y 地震效应直接用双向地震作用效应替代，体现在内力文件 NL*.OUT(TAT)和 WNL*.OUT(SATWE) 当中。 PMSAP 在原来单向地震工况 EX,EY 的基础上增加两个新的对应于双向地震的工况 EXY,EYX ，文件输出时，同时将单向地震 (EX,EY) 和双向地震的 (EXY,EYX) 的内力输出。

考虑双向地震对配筋的影响： 一般平均增加 5%-8% ；单构件最大可能增加 1 倍左右。

考虑双向地震带来的配筋增大

1. 规则框架例 2. 框剪结构例

规则框架单、双向地震（单偏压配筋）对比

柱 类别

轴力(kN)

配筋率RAs

X向配筋Asx

(mm*mm)

Y向配筋Asy

(mm*mm)

配箍率Rsv

单地

-2345 2.5 2575 2440 0.85

双地

-2553 2.85 2838 2800 1.17角柱

比值

1.09 1.14 1.1021 1.1475 1.3765

单地

-2421 2.63 2126 1502 1.3

双地

-2435 3.07 2141 2031 1.3边柱

比值

1.01 1.1673 1.0071 1.3522 1.0

单地

-3082. 2.31 2266. 2402. 1.01

双地

-3088. 2.32 2266. 2416. 1.17中柱

比值

1.00 1.0043 1.00 1.0058 1.1584

框剪结构双、单地震(单向偏压配筋)对比

柱 类别

轴力(kN)

配筋率RAs

X向配筋Asx

(mm*mm)

Y向配筋Asy

(mm*mm)

配箍率Rsv

单地

-2598.00 1.0000 1885.00 2351.00 1.1600

双地

-2776.00 1.1300 2291.00 2644.00 1.1600角柱

比值

1.0685(1.0359) 1.130(1.0378) 1.2154(1.0431) 1.1246(1.0052) 1.00(1.000)

单地

-5263.00 3.3200 4432.00 5807.00 1.1600

双地

-5888.00 4.7000 6226.00 7975.00 1.3000边柱

比值

1.1188(1.0305) 1.4157(1.0647) 1.4048(1.0552) 1.3733(1.0655) 1.1207(1.0129)

单地

-6016.00 0.8600 1229.00 1653.00 1.3000

双地

-7251.00 1.6100 2262.00 2592.00 1.6800中柱

比值

1.2053(1.0230) 1.8721(1.0822) 1.8405(1.0574) 1.5681(1.0824) 1.2923(1.0209)

3 偶然偏心

规范条文：新高规 3.3.3 条规定，计算单向地震作用时，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% 。 具体操作原则 :1) 验算结构位移比时 , 总是要考虑偶然偏心 2 ）结构构件设计时，分下列两种情况处理 : 2-1) 如果位移比超过 1.2 ，则考虑双向地震，不考虑偶然偏心 2-2) 如果位移比小于 1.2 ，则不考虑双向地震，考虑偶然偏心 程序考虑方式：从理论上，各个楼层的质心都可以在各自不同的方向出现偶然偏心，从最不利的角度出发，我们在程序中只考虑下列四种偏心方式：A) X 向地震，所有楼层的质心沿 Y 轴正向偏移 5% ，记作 EXPB) X 向地震，所有楼层的质心沿 Y 轴负向偏移 5% ，记作 EXMC) Y 向地震，所有楼层的质心沿 X 轴正向偏移 5% ，记作 EYPD) Y 向地震，所有楼层的质心沿 X 轴负向偏移 5% ，记作 EYM

对内力组合的影响：考虑了偶然偏心地震后，就在原有的未偏心 X 、 Y 地震 EX 、 EY 的基础上，新增加了四个地震工况 E

XP 、EXM 、 EYP 和 EYM ，在内力组合时，任一个有 EX 参与的组合

，将 EX 分别代以 EXP 和 EXM ，将增加成三个组合；任一个有 E

Y参与的组合 , 将 EY 分别代以 EYP 和 EYM ，也将增加成三个组

合。简言之，地震组合数将增加到原来的三倍。 使用要点：1 ）该功能设有选项开关，考虑偶然偏心时可将开关打开。2 ） SATWE 、 TAT 的质心偏移值 5% 是固定的、按规范取用的

； PMSAP 偏移值可以 X 、 Y 向不同，由用户输入。3) 偶然偏心对位移输出的影响： SATWE,TAT,PMSAP 均输出四

个 偶然偏心地震 EXP,EXM,EYP,EYM 作用下结构的楼层位移、层 间位移以及位移比；位移比验算应采用偶然偏心地震结果； 层间位移角验算则不必采用偶然偏心地震结果。 SATWE : WDISP.OUT TAT: TAT-4.OUT PMSAP: 简单摘要文件（工程名 TB.RPT ） 详细摘要文件（工程名 TB.ABS ）

4 ）偶然偏心地震作用下的构件内力输出：   构件增加了 ±5%X 向偏心地震作用效应和 ±5%Y 向偏心地震作用效应的计算，均可通过文本文件或图形文件查看。 构件内力文本文件中 4 组偶然偏心地震工况的标记如下：

A) X 向地震，所有楼层的质心沿 Y轴正向偏移 5% ，该工况记作： EXP （ PMSAP ）、 +5% （ TAT ）、 X 方向左偏心（ SATWE）；

B) X 向地震，所有楼层的质心沿 Y轴负向偏移 5% ，该工况记作： EXM （ PMSAP ）、 -5% （ TAT ）、 X 方向右偏心（ SATWE）；

C)Y 向地震，所有楼层的质心沿 X轴正向偏移 5% ，该工况记作： EYP （ PMSAP ）、 +5% （ TAT ）、 Y 方向左偏心（ SATWE）；

D)Y 向地震，所有楼层的质心沿 X轴负向偏移 5% ，该工况记作： EYM （ PMSAP ）、 -5% （ TAT ）、 Y 方向右偏心（ SATWE）；

偶然偏心的四种方式

实例： 偶然偏心对构件内力的影响

构件标准内力对比 (FRAM1 第 8 层 )

梁支座弯矩比∶ 1.16( 2) 1.01( 24) AVER= 1.06 梁剪力比 ∶ 1.16( 2) 1.01( 24) AVER= 1.06 柱剪力 Vx 比∶ 1.17( 23) 1.01( 6) AVER= 1.06 柱剪力 Vy 比∶ 1.17( 24) 1.01( 2) AVER= 1.07 柱轴力 N 比∶ 1.09( 20) 1.02( 2) AVER= 1.05 柱底弯矩 Mx 比∶ 1.17( 24) 1.01( 2) AVER= 1.07 柱底弯矩 My 比∶ 1.16( 23) 1.01( 6) AVER= 1.06 柱顶弯矩 Mx 比∶ 1.17( 24) 1.01( 2) AVER= 1.07 柱顶弯矩 My 比∶ 1.17( 24) 1.01( 2) AVER= 1.07

偶然偏心对配筋（平均）的影响 柱 梁• 15 层框剪 11.9% 2.3%• 13 层框剪 (PJ2) 0.4% 1.7%• 33 层框支 0.8%• 8 层框架 7.7 3.9%• 21 层框剪 0.9% 1.2%• 19 层框剪 1.3% 1.2%• 18 层框剪 0.7% 3.0%

•平均增加 3.82% 2.01%

偶然偏心对最大位移比的影响（最大 / 平均） 不考虑 考虑 增加• 15 层框剪 1.20 1.31 8.11%• 13 层框剪 (PJ2) 1.82 1.95 6.99%• 33 层框支 1.05 1.5 30.32%• 8 层框架 1.76 2.39 26.22%• 19 层框剪 1.57 1.75 10.04%• 18 层框剪 1.43 2.03 29.16%

•平均增加 18.47%

4 竖向地震作用

规范条文

新抗震规范 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（ 5.3.1-2 ）计算，并宜乘以 1.5 的放大系数。相当于重力荷载代表值的 23.4% ； 新抗震规范 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 (0.3g) 和 9 度时分别取重力荷载代表值的 10% 、 15% 和 20% ； 新高规 10.2.6 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。

实现： 应用竖向地震

1. 设立竖向地震的计算开关，由用户自行决定是否考虑竖向 地震作用。 2. 增设‘竖向地震作用系数’项，程序自动取规范规定值，允许 用户修改此值，从而自己决定总竖向地震作用的大小。 SATWE 按规范内定。 3. 当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，用户应设置计算 竖向地震作用。 4. 尚不能单独计算转换构件的竖向地震作用。用户需要，可 整体考虑竖向地震作用。 5. 尚不能单独计算连体结构的连接体的竖向地震作用。用户 需要，可整体考虑竖向地震作用。

5 有效质量系数：振型数够不够？

概念来源： WILSON E.L. 教授曾经提出振型有效质量系数的概念用于判断参与振型数足够与否，并将其用于 ETABS 程序，他的方法是基于刚性楼板假定的，不适用于一般结构。 方法发展： 现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数，这个新方法已经实现于 TAT 、 SATWE 和 PMSAP 。 经验：根据我们的计算经验，当有效质量系数大于 0.9 时，基底剪力误差一般小于 5% 。在这个意义上我们称有效质量系数大于 0.9的情形为振型数足够；否则称振型数不够。

规范：高规（ 5.1.13）规定对 B 级高度高层建筑及复杂高层建筑有效质量系数不小于 0.9；抗规 (5.2.2)条文说明建议有效质量系数可取为 0.9

实现： 程序自动计算该参数并输出。 TAT 输出在“ TAT-4.OUT” 文件中； SATWE 输出在“ WZQ.OUT” 文件中； PMSAP 则输出在详细摘要 “工程名 .ABS” 文件中。

重要概念：结构的固有振型总数 ----- 参与振型数的上界

1 ） 只有搞清楚这个概念，选择振型数才不会犯错误

2 ） 如何判断一个结构的固有振型总数：

离散结构的振型总数是有限的，振型总个数等于独立质量 的总个数。可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的 固有振型总数。具体地说： 每块刚性楼板有三个独立质量 Mx,My,Jz ； 每个弹性节点有两个独立质量 mx,my ； 根据这两条，可以算出结构的独立质量总数，也就知道了 结构的固有振型总数

3 ）若记结构固有振型总数是 NM ，那么参与振型数最多只能选 NM 个，选参与振型数大于 NM 是错误的，因为结构没那么多。

4 ）参与振型数与有效质量系数的关系：

4-1) 参与振型数越多，有效质量系数越大； 4-2) 参与振型数 =0 时，有效质量系数 =0 4-3) 参与振型数 =NM 时，有效质量系数 =1.0

5) 参与振型数 NP 如何确定？ 5-1 ）参与振型数 NP 在 1-NM 之间选取。 5-2 ） NP 应该足够大，使得有效质量系数大于 0.9 。

6 ） 有些结构，需要较多振型才能准确计算地震作用，

这时尤其要注意有效质量系数是否超过了 0.9 。比

如下面的结构：

八层钢框架，存在大量越层柱和弹性节点，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。 原因：振型整体性差，局部振动明显

88 层结构层结构

算了算了 3030 个振型有效质个振型有效质量系数仍不够量系数仍不够

算了算了 6060 个振型有效质量个振型有效质量系数够了系数够了

6 振型的侧振、扭振成分 - 判断一个振型是扭转 振型还是平动振型

概念：一个振型的反应能量可以分拆成平动能量和转动能量 ,它们各自占总能量的比例我们称为侧振成分和扭振成分。这里借鉴了 ETABS 程序振型方向因子的概念。 如果某个振型的侧振成份大于 50% ，我们就把这个振型叫做侧移振型，反之如果某个振型的扭振成份大于 50% ，我们就把这个振型叫做扭振振型。

作用： 1). 通过振型成份的输出，可以使用户方便地了解各个振型的性态 2). 同时，也可以作为判断结构第一扭转周期与第一侧振周期的依据

7 多方向水平地震作用 规范条文：抗震规范 5.1.1条规定 ,有斜交抗侧力构件的结构 , 当相交角度大于 15度时 ,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。。

程序实现：针对这一条，程序增加了自动计算多方向水平地震作用的功能。用户可以根据需要指定多个（最多允许 12个）地震作用方向，程序对每一地震方向进行地震反应谱分析，计算相应的构件内力。在构件设计阶段，也将考虑每一方向地震作用下构件内力的组合，这样不至于漏掉最不利情形，保证了结构设计的安全。

多方向地震的输出标记 :

EX1,EY1 ； EX2,EY2 ； EX3,EY3 ； EX4,EY4 ； EX5,EY5 ；

(iCase) Shear-X Shear-Y Axial Mx-Btm My-Btm Mx-Top My-Top --------------------------------------------------------------------------- N-C = 1 Node-i= 488, Node-j= 39, DL= 6.000(m), Angle= 0.000 ( 1) 28.4 13.1 -31.8 -25.5 55.3 -52.8 -115.0 ( 2) -5.7 40.6 44.7 -78.9 -11.1 -165.0 22.9 ( 3) 3.2 -0.2 1.3 0.4 6.3 0.8 -13.0 ( 4) -0.3 4.8 -3.4 -9.3 -0.6 -19.4 1.3 ( 5) -0.6 -1.9 -249.0 3.6 -1.1 7.8 2.3 ( 6) 1.2 -0.4 -97.1 0.6 2.4 1.9 -5.1 EX1 27.4 12.6 -33.0 -24.6 53.4 -50.9 -111.1 EY1 -9.3 40.8 43.9 -79.2 -18.2 -165.6 37.6 EX2 20.3 26.2 39.0 -50.9 39.6 -106.5 -82.4 EY2 -20.6 33.7 38.7 -65.4 -40.2 -136.6 83.4 EX3 12.9 34.9 42.8 -67.7 25.1 -141.6 -52.3 EY3 -25.9 24.6 34.4 -47.9 -50.5 -99.8 105.0 ---------------------------------------------------------------------------

多方向地震作用工程例序号 工程名 结构类型 层数/高度(m)

有否有斜向布置构件

多方向地震输入角度

1 E1 框架 10/ 30. 0 有 45, -45

2 Fram1 框架 10/ 30. 0 无30, 60, -30,

-60

3 Exam7 框架 7/ 25. 2 无30, 60, -30,

-604 Exam55 框剪 15/ 63. 83 有 45, -45

5 E213 框剪 18/ 57. 85 无30, 60, -30,

-606 Zj sc 框剪 36/ 115. 9 有 45, -45

16

17

18

19

20

21

22

23

24

34 35 36

37 38 39

48 49 50

51 52 53

90

91

92

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

2223

24

25

26

27

28

29

30 31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52Xm=10.60

Ym=12.39

Xs=10.26

Ys=11.09

Rx=1.00

Ry=1.00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 92 Öù×ÜÊý = 52 ǽÁºÊý = 0 ǽÖùÊý = 0

有斜交抗侧力结构

12

3

45

6

78

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19 20 21 22 23

24 25 26 27 28

29 30 31 32 33

34 35 36 37 38

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Xm=15.00

Ym=7.95 Xs=15.00

Ys=7.95

Rx=1.00

Ry=1.00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 38 Öù×ÜÊý = 24 ǽÁºÊý = 0 ǽÖùÊý = 0

无斜交抗侧力结构

12

34

56

78

910

1112

13

1415

1617

1819

2021

2223

24

25 26

27

2829

30

31 32 33 34 35 36 37 38 39

4041

42

4344

4546

4748

4950

5152

5354

5556

57

58 59 60 61 62 63 64 65 66

67 68 69 70 71 72 73 74 75

76 77 78 79 80 81 82 83 84

86 87 88

89 90

91 92

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24 25 26 27 28

29

30

31

32

33

34

Xm=17.19

Ym=16.62Xs=17.15

Ys=16.27

Rx=1.00

Ry=1.00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 92 Öù×ÜÊý = 34 ǽÁºÊý = 0 ǽÖùÊý = 0

无斜交抗侧力结构

12

34

5

67

8

9 10

1112

13

14

15 16 17

18 19 20 2324

37

38 39 40

41

42

0. 25-2. 82

1

0. 25-2. 92

2

0. 20-2. 72

6

0. 20-2. 72

7

12

34

56

7

89

10 11 12 13

14

15

16 17

1819

20

21

2223

24 25 26 27 28 29

115

116

117

118

151

152

153

154

155

156

158

159

160

161

162

163

164

165

166

198 199

200

201

202

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1314

15

16

17

18

19

2021 22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

3637

38

39

40

41

42

43

44

Xm= 19.10

Ym= 18.76

Xs= 20.66

Ys= 17.85

Rx= 1.00

Ry= 1.00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 215 Öù×ÜÊý = 44 ǽÁºÊý = 7 ǽÖùÊý = 42

有斜交抗侧力结构

1

2 34

5 6 7 8

9

10

11

12

13

0.30-1.10

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

41 42 43

44

45

46

47

48

49

50

51

52 53 54 55

56 57 58 59 60 61 62 63 64

65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

10

01

01

10

2

10

31

04

10

51

06

10

7

10

81

09

11

0

11

11

12

11

31

14

11

5

116

11

7

11

81

19

12

01

21

122 123

124 125

126 127

12

8

129 130

131

13

21

33

134

135

13

61

37

138

139 140 141 142

14

3

1 2 3 4 5 6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28 29

30

31

32

33

34

35

36

37 38 39 40

4142

43

44

Xm=4.53

Ym=9.23

Xs=5.09

Ys=11.69

Rx=1.00

Ry=1.00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 143 Öù×ÜÊý = 44 ǽÁºÊý = 1 ǽÖùÊý = 13

无斜交抗侧力结构

44 45

46 47 48 49 50

51 52 53

54 55 56 57

5859

6061

62

63

64

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

0. 40-1. 90

6

0. 40-1. 90

7

0. 40-1. 90

8

0. 40-1. 90

9

0.40

-1.9

0

15

0.40

-1.9

0

16

0.40

-1.9

0

17

0.40

-1.9

0

18

0.40

-1.9

0

19

132 133 134 135

136 137 138 139

140 141 142 143

144 145 146 147 148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

261 262 263 264 265 266

267 268 269 270 271 272 273 274 275

276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290

291

292

293

294

295

296

297

298 299 300 301 302 303 304 305 306 307

308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319

320

321

322

323

324

325

326

327

328

329

330

331

332

333

334

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345 346 347 348

349

350

351

352

353

354

355

356

357

358

359 360 361 362

363 364 365 366

369

370

371

408

409 410

411 412 413 414

572 573 574 575 576

577 578 579 580 581 582583

584

585

586 587 588 589

590

591

592

593

594

595

600601

602

603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615

616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628

629

630

631

632

633

634

635

636

637

638

639

640

641

642

643

644

645

646

647

648

649

650

651

652

653

654

655

656

657

658

659

660

661

662

663

664

665

666

667

668

669

670

671

672

673

674

675

676

677

678

679

680

681

682

683

684

685

686

687688

689690

691692693

695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705

706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 717 718

721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734

735 736 737 738 739 740 741 742 743 744 745 746 747 748

749 750 751 752 753 754 755 756 757

758 759 760 761 762 763 764 765 766

767 768 769 770 771 772 773 774 775 776

783

784

785

786

787

788

789

790

791

792

793

794

795

796

797

798

799

800

801

802

803

804

805

806

807

808

809

818

819

820

821

825 826

827

828

844

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32 33

34

35 36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49 50

51 52 53

54 55 56 57

58

59 60 61 62 63

64 65 66 67 68 69

7071 72

73

74

Xm=57. 94

Ym=54. 13

Xs=50. 34

Ys=55. 52

Rx=1. 00

Ry=1. 00

µÚ 1 ²ãǽÖù ǽÁº±àºÅ¼°½Úµã¼òͼ

Áº×ÜÊý = 845 Öù×ÜÊý = 74 ǽÁºÊý = 19 ǽÖùÊý = 112

有斜交抗侧力结构

多方向地震输入配筋增加量

工程名 E1FRAM1(正交)

EXAM7(正交)

EXAM55E213

(正交)ZJSC

柱 1.89(1.03)

1.0(1.0)

1.30(1.004)

1.74(1.05)

1.24(1.002)

1.19(1.01)

梁正筋1.69

(1.06)1.0

(1.0)1.21

(1.001)1.84

(1.004)1.09

(1.001)1.64

(1.008)

梁负筋 1.62(1.12)

1.0(1.0)

1.16(1.01)

1.84(1.02)

1.07(1.001)

1.61(1.001)

由本组例题可以看到：

A) 对于正交、规则结构，是否考虑多方向地震对构件配筋结果影响很小，配筋平均增加不到 1% ；

B) 对于存在明显斜交抗侧力构件的结构，考虑多方向地震对构件配筋结果影响较明显，配筋平均增加 5% 左右，最大增加 90% ；

C) 这也从一个侧面证明了：对于存在明显斜交抗侧力构件的结构，应该考虑多方向地震作用

8 最小地震剪力调整

新抗震规范 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 。

类别 7 度 7.5 度 8 度 8.5 度 9 度

扭 转 效 应 明显或 基本 周 期 小 于 3.5s 结构

1.6 2.4 3.2 4.8 6.4

基 本 周 期 大 于 5.0s结构

1.2 1.8 2.4 3.2 4.0

基本周期介于 3.5s 和 5.0s之间的结构，可插入取值。

调整前楼层剪重比 调整后楼层剪重比

哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力

自动放大与否设开关；如果用户考虑自动放大， SATWE将在 WZQ.OUT 中输出程序内部采用的放大系数：

文件 WZQ.OUT :

各楼层地震剪力系数调整情况 [抗震规范 (5.2.5) 验算 ]层号 X 向调整系数 Y 向调整系数 1 1.312 1.207 2 1.197 1.122 3 1.070 1.000 4 1.000 1.000 5 1.000 1.000 6 1.000 1.000 7 1.000 1.000 8 1.000 1.000

9 竖向不规则结构地震作用效应调整

规范条文

新抗震规范 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% 或其上三层平均值的 80% 时，该楼层地震剪力应乘 1.15 增大系数；

新抗震规范 3.4.3 条规定，竖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。

程序处理：

1 ）针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比 , 来决定是否采用 1.15 的楼层剪力增大系数； 并且允许用户强制指定薄弱层位置，对用户指定的薄弱层也采用 1.15 的楼层剪力增大系数（参数补充输入）

2 ）通过用户指定转换梁、框支柱来实现转换构件的地震内力放大。（特殊构件补充定义）

WMASS.OUT: 楼层刚度比控制 , 薄弱层放大

Floor No. 1 Tower No. 1 Xstif= 45.9337(m) Ystif= 6.6222(m) Alf = 0.0000(Degree) Xmass=46.8139(m) Ymass= 7.1724(m) Gmass= 1251.4342(t) Eex = 0.0476 Eey = 0.0316 Ratx = 1.0000 Raty = 1.0000 Ratx1=0.9285 Raty1= 0.8851 薄弱层地震剪力放大系数 = 1.15 RJX = 8.4E6(kN/m) RJY = 9.4E6(kN/m) RJZ = 2.8E9(kN/m)

10. 0.2Q0 调整

规范条文：新抗震规范 6.2.13 条规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框—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。

程序实现 ：程序对框剪结构，将依据规范要求进行 0.2Q0 调整 ,用户可以指定调整楼层的范围，同时，由于 0.2Q0 调整可能导致过大的不合理的调整系数，所以 TAT 、 SATWE 程序都允许用户对数据文件中的调整系数进行手工修改。

调整系数的约定：程序自动计算出的调整系数最大取 2.0;用户手工修改的调整系数无限制

SATWE 程序 0.2Q0 调整系数的修改

用户在工作目录建立文本文件 SATINPUT.02Q该文件格式如下：

IST Cx Cy IST Cx Cy ……….. IST Cx Cy

比如：

2 1.5 1.8 指定第 2 层 x 向调整系数 6 2.0 1.2 7 1.2 1.2

********************************************************************** 0. 2Q0 调整系数 **********************************************************************

0. 2Qox = 541. 95 1. 5Vxmax = 1154. 98 0. 2Qoy = 542. 92 1. 5Vymax = 951. 10

Fl oor Coef _x Coef _y Vcx Vcy

1 1. 000 1. 000 4. 129 1. 854 2 1. 000 1. 000 271. 887 263. 366 3 1. 000 1. 000 769. 990 634. 068 4 1. 000 1. 000 755. 754 626. 545 5 1. 000 1. 000 749. 850 583. 480 6 1. 000 1. 000 145. 240 113. 057

SATWE 在文件 WV02Q.OUT 中输出 0.2Q0 系数

11. 框支柱地震作用下的内力调整

规范条文

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—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—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 30% ；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。

程序实现

TAT 、 SATWE 在执行本条时，只对框支柱的弯矩剪力作调整，由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力暂不作调整。

程序应用 1) 一定要定义转换层所在层号 MCHANGE2) 在特殊构件补充定义中手工定义框支柱（程序不自动搜索）3) 本调整仅针对 1 – MCHANGE 层的框支柱进行

12. 设计内力调整 ( 强柱弱梁 , 强剪弱弯 )1) 梁设计剪力调整：抗震规范第 6.2.4 条和高规第 6.2.5 、7.2.22 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。

程序具体采用的调整系数详见用户手册。

13 位移比控制、层间位移比控制

规范条文： 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 1.4 倍。

最大位移：墙顶、柱顶节点的最大位移平均位移：墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移之和除 2最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小值之和除 2

程序处理：针对此条，程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，用户可以一目了然地判断是否满足规范。

注意：

1) 验算位移比可以选择强制刚性楼板假定

2) 验算位移比需要考虑偶然偏心，验算层间位移角则不 需要考虑偶然偏心

3) 位移比超过 1.2 ，需要考虑双向地震

SATWE 文件 WDISP.OUT ： 位移、位移比、层间位移、层间位移比 === 工况 1 === X 方向地震力作用下的楼层最大位移

Floor Tower Jmax Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h JmaxD Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Max-Dx/h 3 1 141 2.18 1.95 1.12 3600. 141 2.05 1.77 1.16 1/1752. 2 1 93 0.13 0.11 1.14 3600. 93 0.08 0.06 1.20 1/9999. 1 1 45 0.05 0.05 1.12 5500. 45 0.05 0.05 1.16 1/9999. X 方向最大值层间位移角 : 1/1367.

14 14 周期比控制

规范条文：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 0.85 。对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比 : 1 ） 根据各振型的平动系数、扭转系数区分出各振型分别是扭转 振型还是平动振型 2 ） 周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期 Tt ，周期最长 的侧振振型对应的就是第一侧振周期 T1 3 ）计算 Tt/T1 ，看是否超过 0.9 (0.85)多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算 ( 注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构 )

周期比控制什么？ 如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。周期比不满足要求，如何调整？一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是要加强结构外圈，或者削弱内筒。

考虑扭转耦联时的振动周期 ( 秒 ) 、 X,Y 方向的平动系数、扭转系数

振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94

第一振型为扭转

考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从

新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构”

P平面貌似规整的剪力墙结构，第一振型为扭转

平面貌似规整的框剪结构，第一振型为扭转

15 15 层刚度比控制

1 ）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 ；2 ）高规的 4.4.2 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% ；3 ）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；4 ）高规的 10.2.3 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 E 的规定：

E.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 。

E.0.2) 底部大空间层数大于一层时，其转换层上部框架 - 剪力墙结构的与底部大空间层相同或相近高度的部分的等效侧向刚度与转换层下部的框架 - 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 。 上述所有这些刚度比的控制，都涉及到楼层刚度的计算方法，目前看来，有三种方案可供选择：

高规附录 E.0.1 建议的方法——剪切刚度 Ki = Gi Ai / hi

高规附录 E.0.2 建议的方法——剪弯刚度 Ki = Vi / Δi

抗震规范的 3.4.2 和 3.4.3 条文说明中建议方法 Ki = Vi / Δui

新规范软件全部提供这三种算法 , 用户可以根据需要具体选择。

X向 Y向层号 剪切刚度 剪弯刚度 侧向刚度 剪切刚度 剪弯刚度 侧向刚度3 0. 3072E8 0. 3112E8 0. 3786E7 0. 1536E8 0. 1660E8 0. 2891E72 0. 3072E8 0. 3112E8 0. 6258E7 0. 1536E8 0. 1660E8 0. 4560E71 0. 3072E8 0. 3112E8 1. 1749E7 0. 1536E8 0. 1660E8 0. 7674E7

用层剪弯刚度或层剪切刚度判别的薄弱层 , 用层侧向刚度判别则不一定是薄弱层

用抗震规范方法最容易通过

用三种方法计算的楼层刚度

同一工程 3种算法计算层刚度比的比较 剪切刚度 剪弯刚度 抗震规范

• 楼层 1 否 否 否

• 楼层 2 否 否 否

• 楼层 3 否 否 否

• 楼层 4 是 是 否

• 楼层 5 否 否 否

抗震规范（第三种）方法为通用方法， 也是程序的缺省方式，通常工程均可采 用此种办法

底部大空间为一层时，刚度比计算可采用 剪切刚度

底部大空间为多层时，刚度比计算可采用 剪弯刚度

三种方法算出的楼层刚度可能差别很大，属 正常，可以不必奇怪

1616 框剪结构中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 - 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：

Mc = ∑∑Vijh

其中， Vij 代表柱剪力， h 代表层高。新版程序依据此式来进行计算

文件 WV02Q.OUT : 框架倾覆力矩百分比　

*************************************** 框架柱地震倾覆弯矩百分比 ***************************************

柱倾覆弯矩 墙倾覆弯矩 柱倾覆弯矩百分比

X 向地震 : 1109.3 48167.8 2.25% Y 向地震 : 958.7 46576.5 2.02%

17 重力二阶效应

条文：高规（ 5.4.2 ）条和混凝土规范（ 7.3.12 ）条都提到重力二阶效应问题。 概念：重力二阶效应一般称为 P-DELT 效应，在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时 , 竖向荷载就会出现垂直于变形后的结构竖向轴线的分量，这个分量将加大水平位移量，同时也会加大相应的内力，这在本质上是一种几何非线性效应。

程序实现

我们在 TAT 、 SATWE 和 PMSAP 程序中都提供了计算 P-DELT效应的开关 , 用户可以根据需要选择考虑或者不考虑 P-DELT 效应。具体实现时，我们计算竖向荷载引起的整个结构的几何刚度，以此修改原有结构总刚，从而实现 P-DELT 效应的计算。新版本程序 P-DELT 效应的实现方法具有一般性，它既适用于采用刚性楼板假定的结构，也适用于存在独立弹性节点的结构，解除了老版本程序的局限性。在调试过程中，我们曾经与ETABS 程序作了对比，发现二者吻合得非常之好，这也从一个侧面验证了我们的方法。

值得注意：考虑 P-DELT 效应后 , 结构周期一般会变得稍长，这是符合实际情况的。

18. 传给基础的上部结构刚度新版 SATWE ， TAT 都具有该功能。

必要性：在实际情况中，基础与上部结构总是共同工作的，从受力的角度看它们是不可分开的一个整体。但是在设计中基础与上部结构通常分开来做 , 在设计基础时 , 通常只考虑上部结构传给基础的荷载，而上部结构对基础的刚度贡献则很少考虑或者只能非常粗略地用一些经验参数来考虑。我们认为 , 不考虑上部结构的刚度贡献 , 将会低估基础将会低估基础的整体性，很可能会导致错误的基础变形规律，这会造成基础设计在某些局部偏于不安全 , 而在另一些局部又可能存在不必要的浪费。 程序：为了使基础设计更为合理，程序在上部结构计算中，增加了上部结构刚度向基础凝聚的功能，当需要考虑共同作用时，用户可以在程序的计算选择菜单中将相应开关打开，传给基础的刚度将会自动生成。这样一来，在后面的基础软件 JCCAD 的分析当中，不但接受上部结构传来的荷载，同时还将叠加上部结构传来的刚度

19. 弹性时程分析及地震波选取1 ）适用范围

SATWE ， PMSAP: 分析方法采用振型叠加法； 分析对象可以是所有结构。 TAT: 分析方法为直接积分法，只针对糖葫芦串结构

2 ）地震波选取

A)至少 2 条两条实际强震纪录和一条人工波 B) 多条波的平均反应谱与规范谱统计意义相符 C) 单波基底剪力不小于反应谱法的 65% 多波平均基底剪力不小于反应谱法的 80%

3) 时程分析的应用 A) 、时程分析选波一般是一个试算的过程，通过计算结果判断所选地震波是否满足要求，不满足要求则要重新选波，直到满足要求为止。满足要求的地震波对应的计算结果才有设计意义。 B) SATWE ， TAT ， PMSAP 的时程分析主要给出各楼层的层间位移角包络，以此验算多遇地震下楼层变形是否满足规范要求。 C) PMSAP 生成两个时程分析工况 DX,DY ，与反应谱地震工况 EX,EY 采用同样的组合原则，在构件设计中考虑。

20. 整体稳定验算（无纯框架）

按照高规 5.4.1 计算结构的等效侧向刚度：

u

qHEJ d 120

11 4

由此计算结构刚重比。

SATWE 输出结果参见WMASS.OUTTAT 输出结果参见 TAT-M.OUT PMSAP 输出结果参见“简单摘要”，“详细摘要”

整体稳定条件

不考虑 P-DELT 效应的条件

n

iid GHEJ

1

24.1

n

iid GHEJ

1

27.2

21. 对高位转换结构的刚度比计算

i iKK

11

SATWE 输出结果参见WMASS.OUTTAT 输出结果参见 TAT-M.OUT PMSAP 输出结果参见“简单摘要”，“详细摘要”

单自由度体系串联公式

K1 K2 K3

321

1111

KKKK

K

变形协调公式