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TAT-空间杆系结构分析与设计
TAT采用空间杆系计算柱梁等杆件，采用薄壁柱计算模型计算剪力墙。它可计算各种规则或复杂体型的钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、筒体结构。除此，TAT还针对高层钢结构的特点，对水平支撑、垂直支撑、斜柱等均作了考虑，因此，也可用于分析计算多高层钢结构。本章通过对TAT高级版的系统介绍，使读者了解TAT软件的基本功能及使用方法。
第一节 TAT的基本功能及有关说明
一、TAT的基本功能介绍
TAT是专门用于复杂体型的多、高层建筑三维分析的软件，具有如下基本功能及特点。
1、采用三维空间模型，对剪力墙采用薄壁柱单元，对梁柱采用空间杆系，使程序可用于分析复杂体型结构，更真实地反映结构的受力性能。
2、与软件PMCAD有完善的数据接口，建筑物各层结构数据与荷载数据均通过读取PMCAD主菜单1、2、3项已经产生的结果并按TAT格式自动写成，因此，整个工程计算不必再填写数据文件。
3、自动导算统计风荷载。
4、具备较强的数据检查与容错功能，程序归纳总结用户多年使用中经常出现的各种误操作，及时给出提示，帮助用户改正，使计算可顺利进行。对原始数据及计算结果配备图形检查输出功能，对各种图形的操作及打印方法均与PKPM系列软件相同。
5、对复杂体型结构可进行地震作用下的平动和扭转藕联分析，可考虑竖向荷载、风荷载和地震荷载在不同工况下的内力组合，可对框架结构进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性位移计算，找出薄弱层。可模拟施工过程，进行竖向荷载作用下的施工模拟计算，解决一般程序中一次性加载时对柱子轴向变形估计过大而引起的误差问题，可更真实地反映结构受力性能。
6、可以考虑活荷载不利分布对梁的影响，对于多层结构或大活荷载结构，设计更安全、更可靠。
7、可改变水平力作用的方向，程序自动按转角进行坐标转换，以考虑任意方向的风和地震作用。
8、对柱墙上、下端有偏心的结构，程序自动处理偏心刚域。
9、可以计算层间梁、错层梁和斜梁，并有斜柱、斜支撑单元以及异形截面柱、弧梁的计算功能。
10、可以计算多塔、错层等特殊结构形式，并可考虑梁柱偏心的效应。
11、可计算各层梁的活荷载不利布置，TAT可将恒载和活载分开计算，并按每根梁单独加活荷载的反复循环计算，精确地得出每根梁在活荷载作用下的最大正弯矩和最大负弯矩包络图。
12、对结构配筋计算结果作全楼的归并计算，根据归并后的结果进行选筋和绘施工图。程序还配有圆柱单元，可作圆柱配筋计算以及矩形柱的双偏压、拉计算。
13、TAT的计算结果与PKPM系列软件接力运行，完成梁柱、剪力墙、各层结构平面及楼板配筋、楼梯及各类基础的施工图辅助设计，共同组成一个多高层建筑结构从计算到施工图的较完整的CAD系统。其接力运行过程如下：
（1）与PMCAD连接。由PMCAD生成TAT的几何数据和荷载数据，完成楼板和次梁的计算、配筋及施工图辅助设计，绘制出各层的结构平面图。
（2）与PK连接。由TAT计算完配筋后，可接力PK作梁、柱的施工图，可做的层数达到70层，并考虑了高层建筑的构造要求和措施。
（3）与JLQ连接。JLQ是绘制剪力墙施工图软件，它从PMCAD中生成模板尺寸，再从TAT中读出剪力墙的各种配筋计算结果后，画出墙的边框柱、边缘构件、墙梁钢筋构造及墙分布钢筋的施工图，考虑了梁柱与剪力墙衔接部位的构造处理，并提供两种图纸表达方式，第一种是剪力墙平面图、节点大样图与墙梁钢筋表结合的表达方式；第二种是剪力墙竖向立面图、剖面大样图表达方式。
（4）与基础软件JCCAD及BOX连接。本系统提供了四类基础软件：
①独立基础，条形基础设计软件；
②钢筋混凝土交叉弹性地基梁、筏板基础设计软件；
③桩基设计软件；
④箱基设计软件。
这几个基础软件均从PMCAD中建立底层柱网轴线和平面布置，并可读取TAT生成的柱底组合内力作为基础设计的荷载，并传给基础上部结构刚度，从而使基础设计中原始数据的准备大大简化。
（5）与LTCAD连接。楼梯CAD软件LTCAD可设计100层以内的单跑、双跑、四跑板式（或梁式）楼梯以及螺

旋、悬挑等各种形式的楼梯。
总之，TAT与PKPM系统各功能模块一起形成了一整套多、高层建筑结构设计和施工图辅助设计系统。
二、TAT的适用范围
TAT软件适用于各种体型的框架、框剪、剪力墙、筒体结构，以及带有斜柱、钢支撑的钢结构或混合结构的多高层建筑。由于采用了动态申请内存技术，解题能力不再受限。
三、TAT的基本假定
1、TAT软件在计算过程中采用了如下一些基本假定。
（1）假定楼板在平面内为无限刚性的，平面外刚度为零；
（2）对空旷结构可以定义弹性节点，不考虑楼板的作用；
（3）对剪力墙引进薄壁杆件的基本假定；
（4）选用国际单位制：kN，m制；
（5）输入数据中柱、梁箍筋和剪力墙水平分布筋间距的单位为mm；在输出配筋文件中，钢筋面积的单位为mm2；在配筋简图上，钢筋面积的单位为cm2。
（6）采用右手坐标系，z轴向上，各层的结构平面坐标系和原点与PMCAD建模时的坐标系一致。
（7）柱局部坐标的x,y方向分别为PMCAD建模时柱宽B的布置方向和柱高H的布置方向。
（8）楼层划分按一般设计习惯，从下向上划分，最底层为第1层（从柱脚到楼板顶面），向上分别为第2、第3层等，依次类推。
2、TAT软件中采用了一些专用名词，现说明如下。
（1）标准层。指具有相同几何、物理参数的连续层，不论连续层的层数是多少，均称为一个标准层；在TAT中标准层是从顶层开始算起为第1标准层，依次从上至下检查如几何、物理性质有变化则为第2标准层，如此直至第1层。
（2）薄壁柱。由一肢或多肢剪力墙形成的竖向受力结构，亦可称为剪力墙。
（3）连梁。两端与剪力墙相连的梁称为连梁，亦可称为连系梁。
（4）无柱节点。有两根或两根以上梁的支点，此交点下面没有柱。
（5）工况。一种荷载（如风、地震等）作用下，称为结构受一种工况荷载。多种荷载组成一种荷载（如风＋地震）作用下，也称为结构受一种工况荷载。
四、TAT的文件管理
TAT软件要求不同的工程在不同的子目录内进行运行计算，以避免数据文件冲突。TAT的数据文件主要有几类，现分别说明如下。
1、工程原始数据文件。这里所说的原始数据文件是指PMCAD主菜单1,2,3生成的数据文件，若工程数据文件名为AAA，则工程原始数据文件包括AAA.*和＊.PM。
2、TAT基本输入文件。进入TAT后，用于由PM转换到TAT的文件，分别是：
几何数据文件：DATA.TAT； 荷载数据文件：LOAD.TAT；
多塔数据文件：D-T.TAT； 错层数据文件：S-C.TAT；
特殊梁柱数据文件：B-C.TAT。
后三个文件称为附加文件，不一定每个结构都有。
3、计算过程的中间文件。计算过程的中间文件对硬盘的占用量比较大，其文件内容为：
DATA.BIN：数检后的几何和荷载（用二进制表示）； SHKK.MID：结构的总刚；
SHID.MID：单位力作用下的位移； SHFD.MID：结构各工况下的位移。
其中DATA.BIN是在前处理的数据检查时生成的，其余的中间数据文件都是在结构整体分析时生成的，程序没有自动删除掉这些中间数据文件，其目的是为了便于分步进行计算，以减少不必要的重复计算工作。计算完成后，若想留出更多的硬盘空间给其他工程使用，可删掉这些中间数据工作文件。
如果在同一子目录作不同的工程，则必须把*.TAT、DATA、BIN文件删除。
4、主要输出结果文件。TAT软件的输出结果文件分两部分，一部分是以文本格式输出的文件（*.OUT)，另一部分为图形方式输出的图形文件（*.T）。
（1）文本输出文件。这类文件主要有：
TAT-C.OUT：数检报告； TAT-C.ERR：出错报告； DXDY.OUT：各层柱墙水平刚域文件；
TAT-M.OUT：质量、质心坐标、风荷载和层刚度文件； TAT-4.OUT：周期、地震力和位移文件；
TAT-K.OUT：薄弱层验算结果文件； V02Q.OUT：0.2 Q0调整的调整系数文件；

NL-*.OUT：各层内力标准值文件（＊代表层号）； PJ-*.OUT：各层配筋、验算文件（＊代表层号）；
DCNL.OUT：底层柱、墙底最大组合内力文件； DYNAMAX.OUT：动力时程分析最大值文件。
（2）图形输出文件。这类文件主要有：
FP*.T：各层平面图（＊代表层号）； FL*.T：各层荷载图（＊代表层号）；
PJ*.T：各层配筋简图（＊代表层号）； PS*.T：各层梁、柱、墙、支撑标准内力图（＊代表层号）；
PB*.T：各层梁、柱、墙、支撑内力配筋包络图（＊代表层号）； MODE*.T：振型图；
PD*.T：各层梁挠度、框架节点验算和墙边缘构件图（＊代表层号）；
DCNL*.T：底层柱、墙底最大组合内力图；
地震波名.T：地震波图。
另接PK所绘的施工图，图名由用户自定义。
5、前后接口文件。这类文件主要有：
TOJLQ.TAT：由PM转到TAT的接口文件； TATNLPJ.TAT：传TAT各层内力配筋文件；
TATJC.TAT：把TAT内力传给基础文件； TATFDK.TAT：把TAT上部刚度传给基础文件。
第二节 接PMCAD生成TAT数据
启动PKPM主菜单，选择TAT程序，屏幕出现如图5-1所示的窗口。选择接PM生成TAT数据，出现如图5-2所示的对话框。

图5-1 TAT主菜单 图5-2 接PM生成TAT数据
选择“确认”按钮，进入“显示各层构件编号简图”，第一标准层构件编号简图如图5-3所示，查看各层标准层杆件编号后退出。

图5-3 第一标准层构件编号简图
第三节 数据检查和图形检查
选择TAT主菜单的第二项“数据检查和图形检查”，屏幕上出现如图5-4所示的对话框。
一、数据检查

首先选择“数据检查”，出现如图5-5所示的对话框，选择默认值，执行数据检查。一般模型建立没有问题，数据检查都会顺利通过，如果出现问题，那么查看提示信息，则应回到PMCAD检查模型，修改后再生成TAT数据，直到数检通过。

图5-4 TAT前处理菜单 图5-5 TAT数据检查计算选项
二、多塔和错层定义
完成“数据检查”后，定义“多塔和错层参数”，本例无多塔和错层不需要定义。
三、参数修正
执行TAT前处理菜单第三项“参数修正”，出现如图5-6所示对话框。
1、总信息。选择“总信息”标签，打开如图5-6所示的选项卡。
（1）结构类型：框架结构。 （2）结构材料及特征：多层混凝土结构。
（3）地震力计算信息：计算水平地震；8度、9度大跨和长悬臂及9度的高层，选“计算水平和竖向地震力”。
（4）混凝土柱长度系数按混凝土规范7.3.11-3计算：否。
（5）竖向力计算信息：模拟施工加载1，多层选择“一次性加载”，高层选择“模拟施工加载1”，高层框剪结构基础计算宜选择“模拟施工加载2”。
（6）设计规范选择：中国国家规范；上海地区则要选择“上海地区规程”。
（7）风荷载计算信息：计算。 （8）是否考虑P-△效应：不考虑。
（9）是否考虑梁柱重叠的影响：不考虑；异型柱结构选择“考虑为梁端刚域”。
（10）水平力与整体坐标夹角：ARF＝0.00，一般取0度，地震力、风力作用方向，反时针为正。当结构分析所得的“地震作用最大的方向”>15度时，宜将其角度输入进行验算。
2、地震信息。选择“地震信息”标签，出现如图5-7所示的选项卡。

图5-6 总信息 图5-7 地震信息
（1）是否考虑扭转藕联：考虑。 （2）设计地震分组：第一组。
（3）周期折减系数：TC＝0.65，框架结构砖填充墙多0.6～0.7，砖填充墙少0.7～0.8。框剪结构：砖填充墙多0.7～0.8，砖填充墙少0.8～0.9，剪力墙结构砖填充墙多0.9～1.0，砖填充墙少1.0。
（4）双向水平地震作用扭转效应：考虑。5％偶然偏心：考虑。
（5）计算振型个数：12个，“藕联”取3的倍数且≤3倍层数，“非藕联”≤层数；且参与计算振型的［有效质量系数］应≥90％。

（6）地震设防烈度：7(0.1g）。 （7）场地类别：2类。 （8）框架抗震等级：2级。
（9）结构阻尼比：0.05，高层钢结构（层数≥12）取0.02；高层钢结构（层数＜12）取0.035，组合结构取0.04。 （10）特征周期：0.35，根据场地土类别和设计地震分组确定。
（11）附加地震方向数：0；如果结构不存在斜交抗侧力构件，或者交角＜15度时填0，当结构存在＞15度的斜交的抗侧力构件时，应按实际角度输入。比如填入3，并在相应角度项中填入20,30,60。
3、调整信息。选择“调整信息”标签，出现如图5-8所示的选项卡。

图5-8 调整信息 图5-9 材料信息
（1）0.2（0.25）Q0调整：起始层号：1；终止层号：11。
（2）梁刚度放大系数：对于现浇楼板，中梁为2.0，边梁为1.5；对于预制楼板，中梁和边梁为1.0；对于装配整体式楼板，中梁为1.5，边梁为1.2。
（3）梁端负弯矩调整系数：0.85，现浇框架梁0.8～0.9；装配整体式框架梁0.7～0.8。
（4）梁弯矩放大系数：1.0，取值范围为1.0～1.3，当考虑活荷载不利布置时，宜取1.0。
（5）连梁刚度折减系数：0.7，通常取0.55～1.0之间的数值。 （6）梁扭转折减系数：0.4。
（7）顶塔楼内力放大：起算层号为0，按突出屋面部分最低层层号填写，无顶塔楼填O。
（8）放大系数：RTL=1.00，计算振型数为9～15及以上时，宜取1.0（不调整）；计算振型数为3时，取1.5。顶塔楼宜每层作为一个质点参与计算。其余参数选择默认值即可。
4、材料信息。选择“材料信息”标签，出现如图5-9所示的选项卡。本选项卡中需要注意的是，“梁、柱箍筋间距”选项应填入加密区的间距，并满足规范要求，“墙水平筋间距”选项应填入加强区的间距，并满足规范要求。根据实际采用的钢筋级别来调整材料参数，本例选择默认值。
5、设计信息。选择“设计信息”标签，出现如图5-10所示的选项卡。
（1）结构重要性系数：1.0。 （2）柱墙活荷载折减：按规范折减，可根据结构的用途设置。
其余参数可选择默认值。
6、风荷信息。选择“风荷信息”标签，出现如图5-11所示的选项卡。
（1）结构基本自振周期：T1＝1.38，宜取程序默认值；待程序计算出结构的基本周期后，宜代回重新计算。各段最高层号：NSTi＝11，按各分段内各层的最高层层号填写。

图5-10 设计信息 图5-11 风荷信息
（2）各段体形系数：Usi＝1.30，高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面取1.3。
（3）是否重算风荷载：重算，修改周期后，应选择重算，下次计算时可选择不重算。其余选择默认值。选择

确定后完成参数设置。
四、特殊梁柱支撑节点定义
完成“参数设置”后，回到TAT前处理菜单选择第4项“特殊梁柱支撑节点定义” ，出现如图5-12所示的窗口。特殊梁指的是不调幅梁、铰接梁、连梁、托柱梁等；特殊柱指的是角柱、框支柱和铰接柱；特殊节点指的是跃层部分的节点。本例定义角柱，各层均需要定义，定义完成后以紫色显示，如图5-12所示。

图5-12 角柱定义 图5-13 计算选择框
五、特殊荷载定义
完成“特殊梁柱支撑节点定义”后，回到TAT前处理菜单选择“特殊荷载定义”，主要定义吊车荷载、吊车合作、砖混底框、支座位移、温度应力等计算功能，本例不执行该项。
六、检查和修改各层柱计算长度系数
回到TAT前处理菜单选择“检查和修改各层柱计算长度系数”，本例不执行本菜单。
第7～10项一般不必查看。回到TAT前处理菜单选择“退出”,TAT前处理结束。
第四节 结构、次梁的内力和配筋计算
一、结构内力和配筋计算
在TAT主菜选择第三项“结构内力和配筋计算”，出现如图5-13所示的对话框。
1、算法选择：总刚，如果没有定义弹性节点，可选择侧刚，相当于刚性楼板假定。
2、梁活载不利布置计算：计算。12层以下框架薄弱层计算：计算。
3、层刚度计算选择：平均剪力／平均位移。
4、剪切层刚度：应用于多层（砌体、砖混底框）结构，对于底层大空间转换层，计算转换层上下刚度比，计算地下室和上部结构层刚度比（判断地下室顶板是否可以作上部结构的嵌固端）。
5、弯剪层刚度：应用于带斜撑的钢结构，当转换层在3～5层时，计算转换层上下刚度比。
6、平均剪力／平均位移：一般的结构，比其他两种方法更易通过刚度比验算。
其余参数选择默认值。选择确定后进行结构内力和配筋计算。
二、PM次梁计算
一般在PM建模中，如果容量允许，一般都把次梁作为主梁输入，因此不必执行此项，如果有次梁，则完成此项计算，同PK中的连续梁计算，只是TAT一次算出全部次梁的内力和配筋。本例不执行此项。
第五节 分析结果图形和文本显示
完成“结构内力和配筋计算”后，在TAT主菜单选择“分析结果图形和文本显示”，出现，弹出如图5-14所示对话框，选择其中相应的项目即可进行TAT后处理。

图5-14 TAT输出菜单 图5-15 钢筋混凝土柱实配钢筋图
一、改柱配筋并按双偏压验算
在TAT输出菜单选择第一项“改柱配筋并按双偏压验算”，一般框架柱可按单偏压计算配筋，角柱要求按单偏压计算配筋后，按双偏压验算。选择应用，出现如图5-15所示的窗口。

图5-16 钢筋验算 图5-17 整楼框架结构图
选择“钢筋验算”，再选择“全部添加”，出现如图5-16所示的对话框。选择确认后，进行双偏压验算。
二、绘楼层振型图
选择第二项绘楼层振型图，屏幕显示整楼的框架结构图，如图5-17所示。一般可不必查看。
三、绘各层柱、梁、墙配筋验算图PJ*.T
可以查看各层配筋计算结果，图中的配筋面积是以cm2为单位，可以进行主筋开关、箍筋开关、字符避让等操作。第一层的配筋结果如图5-18所示，可通过选择楼层查看其余各层配筋，超筋以红色显示。

图5-18 第一层配筋及验算简图（局部） 图5-19 第一层的弯矩图（局部）
四、绘各层柱、梁、墙标准内力图PS*.T
可以查看梁柱在各种荷载作用下的内力图，如图5-19所示为第一层在活荷载2、3作用下的弯矩图。一般可不必查看。
五、绘各层柱、梁、墙配筋包络图PS*.T
可以查看梁柱墙的配筋包络图，如图5-20所示为第一层主筋的弯矩包络图。一般可不必查看。
六、梁弹性挠度、柱节点验算和墙边缘构件图
选择应用，可以查看各楼层的梁弹性挠度、柱节点验算和墙边缘构件，第一层如图5-21所示。

图5-20 第一层主筋的弯矩包络图（局部） 图5-21 第一层梁的弹性挠度图（局部）
七、绘底层柱、墙最大组合内力图DCNL*.T
可选择Nmax,Nmin，Vmax，Vmin，Mmax，Mmin以及“恒＋活”等工况，Nmax最大组合内力图，如图5-22所示。

图5-22 Nmax最大组合内力图 图5-23 第一层1号梁的信息
八、绘各层柱、梁吊车预组合内力CRA*.T
本例无吊车，不查看。
九、各层杆件几何、内力、配筋等信息查询
选择后应用，屏幕显示第一层框架结构图，选择梁、柱、墙或支承，可以用文本方式查看构件的几何、内力、配筋等信息，如图5-23所示为第一层1号梁的信息。一般可不必查看。
十、文本文件查看
选择应用，出现如图5-24所示的对话框。
选择相应的菜单可以查看计算结果的文本输出。各层刚度比、刚重比、顶点在风载下的加速度在文件TAT-M.OUT中，结构自振周期、层间位移角、位移比、振型质量参与系数在文件TAT-4.OUT中，需要仔细查看。

图5-24文本文件查看选择框
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