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SATWE参数设置原理


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SATWE 参数的设置原理
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5 结构整体的计算分析

5.1 建筑结构计算分析的步骤

1 建立正确的计算模型

2 合理正确设置计

算参数 计算开始以前,设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义 的描述,以及工程的实际情况,对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几 个参数是关系到整体计算结果的,必须首先确定其合理取值,才能保证后续计算结 果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等, 在计算前很难估计,需要经过试算才能得到。 (1)振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确反映 模型应当考虑的振型数量,使计算结果失真;取值太大,不仅浪费时间,还可能使 计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2 条规定,抗震计算 时,宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应,振型数不宜小于 15,对多塔结构的振型 数不应小于塔楼的 9 倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的 90%。一 般而言,振型数的多少于结构层数及结构自由度有关,当结构层数较多或结构层刚 度突变较大时,振型数应当取得多些,如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。 振型组合数是否取值合理,可以看软件计算书中的 x,y 向的有效质量系数是否大于 0.9。具体操作是,首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有
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效质量系数是否大于 0.9,若小于 0.9,可逐步加大振型个数,直到 x,y 两个方向的 有效质量系数都大于 0.9 为止。必须指出的是,结构的振型组合数并不是越大越好, 其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构,考虑扭 转藕联作用时,其振型不得超过结构层数的 3 倍。如果选取的振型组合数已经增加 到结构层数的 3 倍,其有效质量系数仍不能满足要求,也不能再增加振型数,而应 认真分析原因,考虑结构方案是否合理。 (2)最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用,结构地震反映的大小也各不 相同,那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设 计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出,设计人员如发祥该 角度绝对值大于 15 度,应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里 并重新计算,以体现最不利地震作用方向的影响。 (3) 结构基本周期是计算风荷载的重要指标。 设计人员如果不能事先知道其准确值, 可以保留软件的缺省值,待计算后从计算书中读取其值,填入软件的“结构基本周 期”选项,重新计算即可。 上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来,正确设置, 否则其后的计算结果与实际差别很大。 3 确定整体结构的合理性 整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的 主要指标主要有:周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重 比等。 (1)周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力的构件的平面布 置更有效更合理,使结构不至出现过大的扭转。也就是说,周期比不是要求就构足 够结实,而是要求结构承载布局合理。《高规》第 4.3.5 条对结构扭转为主的第一 自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比的要求给出了规定。如果周期比不 满足规范的要求,说明该结构的扭转效应明显,设计人员需要增加结构周边构件的 刚度,降低结构中间构件的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度。
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设计软件通常不直接给出结构的周期比,需要设计人员根据计算书中周期值自 行判定第一扭转(平动)周期。以下介绍实用周期比计算方法:1)扭转周期与平动 周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于 0.5 的平动周期,按周期值从大到 小排列。同理,将所有平动系数大于 0.5 的平动周期值从大到小排列;2)第一周期 的判断:从列队中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间 振动简图”,看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引 起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行 考察,以此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值 即为第一扭转(平动)周期;3)周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动周期 即可。 (2)位移比(层间位移比)是控制结构平面不规则性的重要指标。其限值在《建筑 抗震设计规范》和《高规》中均有明确的规定,不再赘述。需要指出的是,新规范 中规定的位移比限值是按刚性板假定作出的,如果在结构模型中设定了弹性板,则 必须在软件参数设置时选择“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”,以便计算出正 确的位移比。在位移比满足要求后,再去掉“对所有楼层强制采用刚性楼板假定的 选择,以弹性楼板设定进行后续配筋计算。 此外,位移比的大小是判断结构是否规则的重要依据,对选择偶然偏心,单向 地震,双向地震下的位移比,设计人员应正确选用。 (3)刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要 求,软件提供了三种刚度比的计算方式,分别是剪切刚度,剪弯刚度和地震力与相 应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关 键: 1) 剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定; 2)剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;3)地震力与层间位移比是执行 《抗震规范》第 3.4.2 条和《高规》4.3.5 条的相关规定,通常绝大多数工程都可以 用此法计算刚度比,这也是软件的缺省方式。 (4)层间受剪承载力之比也是控制结构竖向不规则的重要指标。其限值可参考《抗 震规范》和《高规》的有关规定。

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(5)刚重比是结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定性的重要因素,也 是影响重力二阶效的主要参数。该值如果不满足要求,则可能引起结构失稳倒塌, 应当引起设计人员的足够重视。 (6)剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范之所以规定剪重比,主要是因为长 期作用下,地震影响系数下降较快,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应可 能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面加速度和位移可能对结构具有 更大的破坏作用,但采用振型分解法时无法对此作出准确的计算。因此,出于安全 考虑,规范规定了各楼层水平地震力的最小值,该值如果不满足要求,则说明结构 有可能出现比较明显的薄弱部位,必须进行调整。 除以上计算分析以外,设计软件还会按照规范的要求对整体结构地震作用进行调整, 如最小地震剪力调整、特殊结构地震作用下内力调整、0.2Q0 调整、强柱弱梁与强剪 弱弯调整等等,因程序可以完成这些调整,就不再详述了。 4 对单构件作优化设计 前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整,这一步则主要进行结构单个构件内 力和配筋计算,包括梁,柱,剪力墙轴压比计算,构件截面优化设计等。 (1)软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况:1)当梁的弯矩设计值 M 大于 梁的极限承载弯矩 Mu 时,提示超筋;2)规范对混凝土受压区高度限制: 四级及非抗震:ξ≤ξb 二、三级:ξ≤0.35( 一级: ξ≤0.25( 计算时取 AS ’=0.3 AS 计算时取 AS ’=0.5 AS ) )

当ξ不满足以上要求时,程序提示超筋;3)《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的 最大配筋率 2.5%,当大于此值时,提示超筋;4)混凝土梁斜截面计算要满足最小截 面的要求,如不满足则提示超筋。

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(2)剪力墙超筋分三种情况:1)剪力墙暗柱超筋:软件给出的暗柱最大配筋率是 按照 4%控制的,而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出,没有 最大配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息,设计人员可以酌情考虑;2) 剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够,应予以调整;3)剪力墙连梁超筋大多数 情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折 减,折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形,即连梁开裂。设 计人员在进行剪力墙连梁设计时,还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力 的要求。 (3)柱轴压比计算: 柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完 全一样,《抗震规范》第 6.3.7 条规定,计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组 合,也包括非地震组合,而《高规》第 6.4.2 条规定,计算轴压比的柱轴力设计值 仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时,当工程考虑地震作用, 程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算;当该工程不考虑地震作用时,程 序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现,对于同一个 工程,计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。 (4)剪力墙轴压比计算:为了控制在地震力作用下结构的延性,新的《高规》和《抗 震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是,软件在计算断指剪 力墙轴压比时,是按单向计算的,这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向 计算有所不同,设计人员可以酌情考虑。 (5)构件截面优化设计:计算结构不超筋,并不表示构件初始设置的截面和形状合 理,设计人员还应进行构件优化设计,使构件在保证受力要求的德条件下截面的大 小和形状合理,并节省材料。但需要注意的是,在进行截面优化设计时,应以保证 整体结构合理性为前提,因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度,从而对整体 结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响,不可盲目减小构件截面尺寸, 使结构整体安全性降低。 5 满足规范抗震措施的要求

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在施工图设计阶段,还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高 规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定,这些措施是很多震害调 查和抗震设计经验的总结,也是保证结构安全的最后一道防线,设计人员不可麻痹 大意。 (1)设计软件进行施工图配筋计算时,要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋 选筋库等,如一次计算结果不满意,要进行多次试算和调整。 (2)生成施工图以前,要认真输入出图参数,如梁柱钢筋最小直径、框架顶角处配 筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式,箍筋形式,钢筋放大系数等,以便生成符 合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋,还可以考虑支座宽度对裂 缝宽度的影响。 (3)施工图生成以后,设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的最小纵筋直 径、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等 是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出,属 于强制执行条文,万万不可以掉以轻心。 (4)最后设计人员还应根据工程的实际情况,对计算机生成的配筋结果作合理性审 核,如钢筋排数、直径、架构等,如不符合工程需要或不便于施工,还要做最后的 调整计算。

5.3 SATWE 在结构计算分析中的应用

SATWE是SPACE ANALYSIS OF TALL-BUILDINGS WITH WALL-ELEMENT的词头缩写, 这是应现代多、高层建筑发展要求专门为多、高层建筑设计而研制的空间组合结构 有限元分析软件。 SATWE的多层版记为SAT-8, 适用于8层及8层以下的多层结构。 SATWE 采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪 力墙。墙元是专用于模拟多、高层结构中剪力墙的,对于尺寸较大或带洞口的剪力 墙,按照子结构的基本思想,由程序自动进行细分,然后用静力凝聚原理将由于墙 元的细分而增加的内部自由度消去,从而保证墙元的精度和有限的出口自由度。这
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种墙元对剪力墙的洞口(仅考虑矩形洞)的大小及空间位置无限制,具有较好的适 用性。墙元不仅具有墙所在的平面内刚度,也具有平面外的刚度,可以较好地模拟 工程中剪力墙的实际受力状态。对于楼板,SATWE 给出了四种简化假定,即楼板整 体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。在应用中, 可根据工程实际情况和分析精度要求,选用其中的一种或几种简化假定。SATWE作为 PKPM系列CAD软件的一模块, 其前处理工作主要由PMCAD完成。 对于一个工程, 经PMCAD 的1、2、3项菜单后,生成如下数据文件(假定工程文件名为AAA):AAA.*和*.PM。 这些文件是进行SATWE计算所必需的。SATWE的第一项主菜单(即“接PM生成SATWE数 据”菜单)的主要功能就是在PMCAD生成的上述数据文件的基础上,补充高层结构分 析所需的一些参数,并对一些特殊结构(如多塔、错层结构)、特殊构件(如角柱、 非连梁、弹性楼板等)作出相应设定,最后将上述所有信息自动转换成高层结构有 限元分析及设计所需的数据格式,生成几何数据文件STRU.SAT、竖向荷载数据文件 LOAD.SAT和风荷载数据文件WIND.SAT,供SATWE的第二、三项主菜单调用。

5.2.1 SATWE 计算分析参数的意义及输入 采用 SATWE 进行结构整体计算分析,需要输入很多参数,如何正确输入参数直 接关系到结构计算结果的正确与否,因此必须深刻理解每个输入参数的意义并且按 照实际情况正确输入。 1 总信息(见图 1) (1)水平力与整体坐标角: 通常情况下,对结构计算分析,都是将水平地震沿结构 X、Y 两个方向施加,所 以一般情况下水平力与整体坐标角取 0 度。由于地震沿着不同的方向作用,结构地 震反应的大小一般也不同,结构地震反应是地震作用方向角的函数。因此当结构平 面复杂(如 L 型、三角型)或抗侧力结构非正交时,根据抗震规范 5.1.1-2 规定, 当结构存在相交角大于 15 度的抗侧力构件时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平 地震作用,但实际上按 0、45 度各算一次即可;当程序给出最大地震力作用方向时, 可按该方向角输入计算,配筋取三者的大值。 (2)混凝土容重: 由于建模时没有考虑墙面的装饰面层,因此钢筋混凝土计算重度,考虑饰面的 影响应大于 25,不同结构构件的表面积与体积比不同饰面的影响不同,一般按结构
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类型取值: 结构类型 重度 框架结构 25.5 框剪结构 26 剪力墙结构 27

(3)钢材容重:一般取 78,不必改变。 (4)裙房层数: 按实际情况输入。高规第 4.8.6 条规定:与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不 应低于主楼的抗震等级,主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震措施。因 此该数必须给定。

图 1 总信息

图 2 风荷载信息

(5)转换层所地层号: 按实际情况输入。该指定只为程序决定底部加强部位及转换层上下刚度比的计 算和内力调整提供信息,同时,当转换层号大于等于三层时,程序自动对落地剪力 墙、框支柱抗震等级增加一级,对转换层梁、柱及该层的弹性板定义仍要人工指定。 (6)地下室层数: 程序据此信息决定底部加强区范围和内力调整。当地下室局部层数不同时,以主 楼地下室层数输入。地下室一般与上部共同作用分析;地下室刚度大于上部层刚度 的 2 倍,可不采用共同分析;地下室与上部共同分析时,程序中相对刚度一般为 3, 模拟约束作用。当相对刚度为 0,地下室考虑水平地震作用,不考虑风作用。当相对 刚度为负值,地下室完全嵌固。根据程序编制专家的解释,填 3 大概为 70%~80%的嵌 固,填 5 就是完全嵌固,填在楼层数前加“-”,表示在所填楼层完全嵌固。到底怎 样的土填 3 或填 5,完全取决于工程师的经验。
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(7)墙元细分最大控制长度:可取 1~5 之间的数值,长度控制越短计算精度越高,但 计算耗时越多,一般取 2 就可满足计算要求,框支剪力墙可取 1 或 1.5。 (8)墙元侧向节点信息: a.内部节点:一般选择内部节点,当有转换层时,需提高计算精度是时,可以 选取外部节点。 b.外部节点:按外部节点处理时,耗机时和内存资源较多。 (9)恒活荷载计算信息: a.一次性加载计算:主要用于多层结构,而且多层结构最好采用这种加载计算 法。因为施工的层层找平对多层结构的竖向变位影响很小,所以不要采用模拟施工 方法计算。 b.模拟施工方法 1 加载:就是按一般的模拟施工方法加载,对高层结构,一般 都采用这种方法计算。但是对于“框剪结构”,采用这种方法计算在导给基础的内 力中剪力墙下的内力特别大,使得其下面的基础难于设计。于是就有了下一种竖向 荷载加载法。 c.模拟施工方法 2 加载:这是在“模拟施工方法 1”的基础上将竖向构件(柱、 墙)的刚度增大 10 倍的情况下再进行结构的内力计算,也就是再按模拟施工方法 1 加载的情况下进行计算。采用这种方法计算出的传给基础的力比较均匀合理,可以 避免墙的轴力远远大于柱的轴力的不和理情况。由于竖向构件的刚度放大,使得水 平梁的两端的竖向位移差减少,从而其剪力减少,这样就削弱了楼面荷载因刚度不 均而导致的内力重分配,所以这种方法更接近手工计算。 但是我认为这种方法人为的扩大了竖向构件与水平构件的线刚度比,所以它的 计算方式值得探讨。所以,专家建议:在进行上部结构计算时采用“模拟施工方法 1”;在基础计算时,用“模拟施工方法 2”的计算结果。这样得出的基础结果比较 合理。 (10)结构材料信息与结构体系: 规范规定不同结构体系的内力调整及配筋要求不同;同时,不同结构体系的风振 系数不同;结构基本周期也不同,影响风荷计算。宜在给出的多种体系中选最接近 实际的一种,当结构体系定义为短肢剪力墙时,对墙肢高度和厚度之比小于 8 的短 肢剪力墙,其抗震等级自动提高一级。 2 风荷载信息(见图 2)
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该栏目的数值直接决定了结构所受风荷载的大小。 (1)地面粗糙类别: 该选项是用来判定风场的边界条件,直接决定了风荷载的沿建筑高度的分布情 况,必须按照建筑物所处环境正确选择。相同高度建筑风荷载 A>B>C>D。 A 类:近海海面,海岛、海岸、湖岸及沙漠地区。 B 类:指田野、乡村、丛林、丘陵及中小城镇和大城市郊区。 C 类:指有密集建筑群的城市市区。 D 类:指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 (2)体型系数: 根据建筑平面形状按《荷载规范》取值,如果建筑沿高度平面形状改变,则可 以沿高度方向根据建筑平面形状设置不同的体型系数。 (3)结构的基本周期: 第一次计算时可以根据经验输入一个大概的数值,计算出结构的基本周期后, 再用计算值代回重新计算。 (4)修正后的基本风压: 新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的 30 年一遇改为 50 年一遇:新高 规 3.2.2 条规定:对于 B 级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑,应按 100 年一遇 的风压值采用。 3 地震信息

图 3 地震信息

图 4 活荷信息

(1)结构规则性性息:
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根据结构的规则性选取。 (2)扭转耦联信息: a.对于耦联选项,建议总是采用; b.质量和刚度分布明显不对称的结构,楼层位移比或层间位移比超过 1.2 时,应 计入双向水平地震作用下的扭转影响。 (3)地震烈度:根据建筑所处场地按《抗规》附录取值。 (4)设计地震分组:根据建筑所处场地按《抗规》附录取值。 (5)场地土类型:根据《地质勘测报告》测试数据计算判定。 地震烈度、设计地震分组、场地土类型三项直接决定了地震计算所采用的反 应谱形状,对水平地震力的大小起到决定性作用。 (6)偶然偏心:验算结构位移比时,总是考虑偶然偏心 A) B) 位移比超过 1.2 时,则考虑双向地震作用,不考虑偶然偏心。 位移比不超过 1.2 时,则考虑偶然偏心,不考虑双向地震作用。

(7)计算振型个数: 地震力振型数至少取 3,由于程序按三个阵型一页输出,所以振型数最好为 3 的倍数。一般计算阵型数应大于 9,多塔结构计算阵型数应取的更多些。但也要注意 一点:此处的阵型数不能超过结构的固有阵型的总数,比如说,一个规则的两层结 构,采用刚性楼板假定,整个结构共 6 个有效自由度,这时阵型个数最多取 6 个, 否则会造成地震力计算异常。对于复杂、多塔以及平面不规则的建筑就要多选,一 般要求“有效质量数大于 90%就可以,证明我们的阵型数取的足够的多了。一般情 况例如 20 层的高层建筑取 9 个振型就可以满足。 (8)活荷载质量折减系数: 计算地震作用时,建筑结构的重力荷载代表值应取永久荷载标准值和可变荷载 组合值之和。可变荷载的组合值系数应按下列规定采用:一般取 0.5(对于藏书库、 档案库、库房等建筑应特别注意,应取 0.8) 。调整系数只改变楼层质量,从而改变 地震力的大小,但不改变荷载总值,即对竖向荷载作用下的内力计算无影响。 (9)周期折减系数: 计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重填充墙体对结构 刚度增强的影响,采用周期折减予以反应。因此当承重墙体为填充砖墙时,高层建 筑结构的计算自振周期折减系数ψT 可按下列规定取值:
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框架结构可取 0.6-0.7; 框架剪力墙结构可取 0.7-0.8; 剪力墙结构可取 0.9-1.0。 具体折减数值应根据填充墙的多少及其对结构整体刚度影响的强弱来确定。 (10)结构阻尼比: 对于一些常规结构,程序给出了结构阻尼的隐含值。除有专门规定外,钢筋混凝 土高层建筑结构的阻尼比应取 0.05;钢结构在多遇地震下的阻尼比,对不超过 12 层 的钢结构可采用 0.035,对超过 12 层的钢结构可采用 0.02;在罕遇地震下的分析, 阻尼比可采用 0.05;对于钢-混凝土混合结构则根据钢和混凝土对结构整体刚度的 贡献率取为 0.025~0.035。 (11)特征周期、多遇地震影响系数最大值、罕遇地震影响系数最大值: 可通过抗震规范规定,也可根据具体需要来指定。 建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期及 阻尼比确定。其水平地震影响系数最大值 α max 应按表 3.3.7-1 采用;特征周期应根 据场地类别和设计地震分组按表 3.3.7-2 采用,计算 8、9 度罕遇地震作用时,特征 周期应增加 0.05s。 注:1、周期大于 6.0s 的高层建筑结构所采用的地震影响系数应做专门的研究; 2、已编制抗震设防区划的地区,应允许按批准的设计地震动参数采用相应的地震影 响系数。 表 3.3.7-1 地震影响 多遇地震 罕遇地震 6度 0.04 - 水平地震影响系数最大值 α max 7度 0.08(0.12) 0.50(0.72) 8度 0.16(0.24) 0.90(1.20) 9度 0.32 1.40

注:7、8 度时括号内数值分别用于设计基本地震加速度为 0.15g 和 0.30g 的地区。
表 3.3.7-2 场地类别 Ⅰ 设计地震分组 第一组 0.25 0.35 0.45 0.65 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 特征周期值 T g (s)

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第二组 第三组 0.30 0.35 0.40 0.45 0.55 0.65

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0.75 0.90

(12)斜交抗侧力构件方向附加地震数,相应角度 可允许最多 5 组多方向地震。附加地震数在 0-5 之间取值。相应角度填入各角 度值。该角度是与 X 轴正方向的夹角,逆时针方向为正。SATWE 参数中增加“斜交抗 侧力构件附加地震角度”与填写“水平与整体坐标夹角”计算结果有区别:水平力 与整体坐标夹角不仅改变地震力而且改变风荷载的作用方向,而斜交抗侧力构件附 加地震角度仅改变地震力方向。 《抗规》5.1.1、各类建筑结构的地震作用,应符合 下列规定:对于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。 4 活载信息

(强规)4.1.2、设计楼面梁、墙、拄及基础时,表 4.1.1 中楼面活荷载标准值载下 列情况下应乘以规定的折减系数。 1 设计楼面梁时的折减系数: 1)第 1(1)项当楼面梁从属面积超过 25m2 时,应取 0.9; 2)第 1(2)-7 项当楼面梁从属面积超过 50m2 时应取 0.9; 3)第 8 项对单向板楼盖的次梁和槽型板的纵肋应取 0.8;对于单向板楼盖的主梁应 取 0.6;对双向板楼盖的梁应取 0.8; 4)第 9-12 项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 2 设计墙、柱和基础时的折减系数 1)第 1(1)项应按表 4.1.2 规定采用; 2)第 1(2)-7 项应采用与其楼面梁相同的折减系数; 3)第 8 项对单向板应采取 0.5,对双向板楼盖和无梁楼盖应取 0.8; 4)第 9-12 项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。 注:楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸 1/2 梁间距的范围内的实际面积确定。 表 4.1.2 活荷载按楼层的折减系数 墙拄基础计算截面以上 的层数 计算截面以上各楼层活 1 1.00 2-3 0.85 4-5 0.70 6-8 0.65 9-20 0.60 20 以上 0.55
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荷载总和的折减系数

(0.90 )

注:当楼面梁的从属面积超过 25m2 时,应采用括号内的系数。 1) 说明: 1、计算楼面梁时荷载折减系数的设置在“PMCAD>楼面荷载传导计算>荷载倒算选择> 考虑活荷载折减的设置折减系数”的选项中。梁活荷载折减是根据梁的受荷面积而 确定的,这样就会造成比较复杂的折减方式,且可能每根梁不同。 2、PMCAD 在处理这个问题时,采用了折减楼面荷载的方式。 3、建议在选择梁活荷载折减时,应慎重考虑。在使用 PKPM 系列的软件中,活荷载 折减最好不要重复使用, 如在 PM 中考虑了梁的活荷载折减, 则在 SATWE、 TAT、 PMSAP 中最好不要选择“柱墙活荷载折减”,以避免活荷载折减过多。反之亦然。 条文说明 4.1.2、 作用在楼面上的活荷载不可能以标准值的大小同时布满在所有的楼 面上,因此在设计梁、墙、柱和基础时,还要考虑实际荷载沿楼面分布的变异情况。 考虑活荷不利布置的最高层号: 在恒荷载与活荷载分开算的前提下, 若将此参数填 0, 表示不考虑梁活荷不利布置作用;若填大于零的数 NL,则表示 1-NL 各层考虑梁活 荷载的不利布置,而 NL+1 层以上则不考虑活荷不利布置。 5.1.8、高层建筑结构内力计算中,当楼面活荷载大于 4kN/m2 时,应考虑楼面活荷载 不利布置引起的梁弯矩的增大。 该选项与“调整信息”中的“梁设计弯矩放大系数”不能同时采用。梁弯矩放大系 数起源于梁的活荷载不利布置。当不考虑活荷载不利布置时,梁活荷载弯矩偏小, 程序试图通过梁弯矩放大系数来调整梁的弯矩。在程序处理时,最终弯矩弯矩放大 系数是乘在组合设计弯矩上(弯矩包络图上)的,这样组合中的恒、地震、风荷载 也相应放大了,会导致梁的主筋量有较大的增加。所以用户应选用“梁活载不利布 置”选项来考虑活荷载的不利布置。

5 调整信息:

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图 5 调整信息

图 6 设计信息

(1)中梁刚度增大系数: 装配式楼板取 1.0;现浇楼板取值 1.3-2.0,一般取 2.0。 (2)梁端弯矩调幅系数: 现浇框架梁 0.8-0.9;装配整体式框架梁 0.7-0.8。 (3)梁设计弯矩增大系数: 放大梁跨中弯矩,取值 1.0-1.3;已考虑活荷载不利布置时,宜取 1.0。 (4)连梁刚度折减系数: 一般工程取 0.7,位移由风载控制时取≥0.8; (5)梁扭矩折减系数: 现浇楼板(刚性假定)取值 0.4-1.0,一般取 0.4;现浇楼板(弹性楼板)取 1.0。 (6)全楼地震力放大系数: 用于调整抗震安全度,取值 0.85-1.50,一般取 1.0。 6 设计信息:

(1)结构重要性系数: 安全等级二级,设计使用年限 50 年,取 1.00 (2)柱计算长度计算原则: (3)是否考虑 P-Delt 效应: 1)据有关分析结果,7 度以上抗震设防的建筑,其结构刚度由地震或风荷载作 用的位移限制控制,只要满足位移要求,整体稳定自然满足,可不考虑
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P-DELT 效应。 2)对 6 度抗震或不抗震,且基本风压小于等于 0.5 ㎏/M2 的建筑,其结构刚度 由稳定下限要求控制,宜考虑。 3)考虑后结构周期一般会加长。 4)考虑后应按弹性刚度计算的,因此,柱计算长度系数应按正常方法计算。 6 配筋信息:

图 7 配筋信息

图 8 荷载组合

8 荷载组合:

9 地下室信息:

图 9 地下室信息

图 10 SATWE 计算控制参数

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(1)回填土对地下室约束相对刚度比:Esol = -X 该参数的含义是基础回填土对结构约束作用的刚度与地下室抗侧移刚度的比值, 即反映了地下室的侧向嵌固程度, 该值越大, 对地下室的侧向约束就越大。 若取为0, 则表示不考虑回填土的约束刚度;若取为3,则表示70%~80%的嵌固; 若取为5或更大,则表示上部结构的嵌固端在地下室顶板处;若填一负数m(m小于或 等于地下室层数m),则认为有m层地下室无水平位移,即所填楼层完全嵌固。分析 经验表明,取相对刚度比在2~4之间变化对计算结果影响并不敏感。本参数不影响设 计内力调整系数的作用位置。一般工程可取3。当判断地下室顶板能否作为上部结构 的嵌固端时, 可通过查看刚度比的计算结果确定, 但要注意应严格采用“剪切刚度” 计算层刚度,且注意不要计入地下室的基础回填土的约束刚度。 (2)外墙分布筋保护层厚度(mm)= 50 根据《砼规》表9.2.1(强条)选择,环境类别见表3.4.1。 (3)回填土容重(kN/m3):Gsol = 18.0 一般取18.0 kN/m3。 (4)室外地坪标高(m):Hout = -0.45 此处是指以建筑室内地坪±0.000标高为准而确定的差值。单建式地下室的± 0.000指地下室顶板标高(有待进一步印证)。 (5)回填土侧压力系数:Rsol = 0.50 回填土侧压力系数可取0.5(考虑为静止土压力)。根据《民用建筑技术措施》 中2.6.2条,“地下室侧墙承受的土压力宜取静止土压力”,而静止土压力的系数可 近似按K0=1-sinj `(j `为土的有效摩擦角)计算。手工计算时,回填土的侧压力 按恒载考虑,分项系数可按1.2或1.35取用。 (6)地下水位标高(m):Hwat = -X.XX 此处是指以建筑室内地坪±0.000标高为准而确定的差值。地下水位标高与此± 0.000标高相比,高则填正值,低则填负值。 (7)室外地面附加荷载(kN/m2):Qgrd = X.XX 室外地面附加荷载根据实际工程确定。一般工程可取10.0 kN/m2。 (8)人防设计等级:Mars = 0,4,5,6 根据实际工程选择人防设计等级。 (9)人防地下室层数:Mair = X
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对于有些工程,地下室层数和考虑人防设计的地下室层数有时是不相同的,应根 据实际工程填写。 (10)顶板人防等效荷载(kN/m2):QE1 = X.XX 顶板人防等效荷载根据《人防设计规范》选取。 (11)外墙人防等效荷载(kN/m2):QE2 = X.XX 外墙人防等效荷载根据《人防设计规范》选取。注:临空墙的水平等效均布静荷 载Qc由程序内定:六级人防时Qc=110 kN/m2;五级人防时Qc=210 kN/m2。

注:SATWE 并未在平面配筋简图中给出地下室外墙在平面外受力的配筋,故外墙最 好采用手算为好。外墙手算可按下端固接、上端铰接的单向板模型来进行。

10 SATWE 计算控制参数:

(1)层刚度比计算: a.“剪切刚度”:按《高规》附录E.0.1建议的方法; b.“剪弯刚度”:按《高规》附录E.0.2建议的方法; c.“地震剪力与地震层间位移的比值”:按《抗规》3.4.2和3.4.3条文说明中建议 的方法。 对于大多数一般的结构应选择“地震剪力与地震层间位移的比值”算法;对于 多层结构可以选择“剪切刚度”算法;对于有斜支撑的钢结构可以选择“剪弯刚 度”算法。一般按“地震剪力与地震层间位移的比值”计算刚度比最容易通过。当 转换层位于1层时,用户应该采用“剪切刚度”算法来计算层刚度;当转换层位置大 于1层时,用户应该采用“剪弯刚度”算法计算层刚度,来求转换层上部与下部结构 的等效侧向刚度比和判断其比值是否满足《高规》的要求;若采用“地震剪力与地 震层间位移的比值”算法计算层刚度,所得的转换层上部与下部结构的刚度比结果 明显偏小,是偏于不安全的。对于转换层设置在3层及3层以上时,除了采用“剪弯 刚度”算法处,用户还要采用“地震剪力与地震层间位移的比值”算法再计算一次 层刚度,从而进行转换层本层侧向刚度不应小于相邻上一层楼层侧向刚度的60%的下 限控制。目前程序未输出超下限的警告提示。 (1)地震剪力与地震层间位移的比值 根据《抗规》3.4.2条和3.4.3条及《高规》4.4.2条均规定:其楼层侧向刚度不宜小
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于上部相邻楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。当此条不满 足时,根据《高规》3.3.4条3款应做弹性时程分析法补充计算。按照上述规范相应 的条文说明中建议的方法,侧向刚度可取地震作用下的层剪力与层间位移的比值计 算。其刚度计算公式为:Ki = ,其中Vi为i层剪力;△ui为i层层间位移。 由于绝大多数工程都要执行《抗规》3.4.2 条和3.4.3 条及《高规》4.4.2 条的规 定,因此上述公式对绝大多数工程都适用。如果工程中没有单独定义薄弱层的层号, 则程序按“地震剪力与地震层间位移的比值”的计算结果就有可能没有将转换层判 断为薄弱层,所以对于有转换层的结构,用户应指定转换层为薄弱层。指定薄弱层 层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。用本算法计算层刚度比时,必须采用 “刚性楼板假定”。对于有弹性板或板厚为零的工程,应计算两次:在刚性楼板假 定条件下计算层刚度比和找出薄弱层;再在真实条件下计算构件内力及配筋,并检 查原找出的薄弱层是否得到确当判定地下室能否作为上部结构的嵌固端时,因为用 本算法计算所得的刚度比已经考虑了地下室的基础回填土的约束刚度,故不符合规 范规定。这种情况下有两种解决办法:1)将地下室信息中“回填土对地下室的约束 相对刚度比”填为0, 先算一遍,来判定地下室能否作为嵌固端;2)选用“剪切刚度”来计算刚度比,并 进行判定地下室能否作为嵌固端。 (2)剪切刚度 《抗规》6.1.14 条的条文说明中要求采用“剪切刚度”来计算侧向刚度。SATWE 软 件在计算剪切刚度比时,是采用了《抗规》公式6.1.14-1和6.1.14-2。按照规范要 求,剪切刚度主要用于限制一层转换部位的刚度比和当地下室顶板作为上 部结构的嵌固端时,地下室刚度所应满足的条件。但是由于剪切刚度高度的简化性, 《高规》公式E.0.1-1~3不适用于梁式托柱转换层和桁架式转换层结构的刚度比计 算。对于上述结构,应该采用转换层上、下层的剪弯刚度进行补充计算。 由《高规》编制组编写的《高层建筑混凝土结构技术规程宣贯培训教材》中除建议 采用“剪切刚度比”外,还可采用“地震剪力与地震层间位移的比值”计算。需要 指出的是,当用户采用“地震剪力与地震层间位移的比值”计算上层结构与地下室 顶板的刚度比时,需要将程序里“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚 度比”里的值应填“0”。因为该参数的大小对结构的地震力及其相应的位移(尤其
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对地下室和首层),均有一定影响。一般来讲,剪切刚度比较严格一些。《上海建 筑抗震设计规程》(DGJ08-9-2003)231页6.1.19条的条文说明规定:当进行初步设 计时,侧向刚度比可用剪切刚度比估计,并作为计算刚度比的控制指标。对于采用 《上海规程》的用户应采用“剪切刚度”来计算刚度比,并作薄弱层判断。 (3)剪弯刚度 按照规范__1_坃0_癬要求,剪弯刚度比主要用于保证高位转换时,转换层部分一定 范围内结构刚度的连续性。当转换层设置在大于1层时,按《高规》应采用“剪弯刚 度”计算控制;当转换层设置在3层及3层以上时,《高规》规定其楼层侧向刚度比 不宜小于相邻上部楼层的70%,且不应小于60%(60%的比值SATWE 程序并没有直接输 出结果,需要用户根据程序输出的每一层的刚度单独计算)。此比值的控制需要用 “地震剪力与地震层间位移的比值”来计算,故带高位转换层的结构应采用“剪弯 刚度”及“地震剪力与地震层间位移的比值”各算一次,才能正确地做好转换层上、 下刚度突变的控制。 另外, 对于有支撑的结构, 也用采用“剪弯刚度”来计算。 SAWTE 软件在计算剪弯刚度比时,采用刚度串模型来计算的,即先将上部或下部结构各层 的侧向刚度求倒数,得出位移后再求和,然后再求倒数得到上部或下部结构的刚度, 从而得到上部或下部结构的等效侧向刚度比,这与《高规》附录E.0.2建议的方法有 些不同。 (2)地震作用分析方法:[算法1:侧刚分析方法]或[算法2:总刚分析方法] a.“侧刚分析方法”是一种简化计算方法,只适用于采用楼板平面内无限刚假定的 普通建筑和采用楼板分块平面内无限刚假定的多塔建筑。对于这类建筑,每层的每 块刚性楼板只有两个独立的平动自由度和一个独立的转动自由度。“侧刚”就是依 据这些独立的平动和转动自由度而形成的浓缩刚度阵。“侧刚”的优点是分析效率 高,由于浓缩以后的侧刚自由度很少,所以计算速度很快。“侧刚计算方法”的应 用范围是有限,对于定义有较大范围的弹性楼板、有较多不与楼板相连的构件(如 错层结构、空旷的工业厂房、体育馆所等)或有较多的错层构件的结构,“侧刚分 析方法”不适用,而应采用“总刚分析方法”。这是一种采用刚性楼板假定的简化 的结构刚度模型,即把房屋理想化为空间梁、柱和墙组合成的集合体,并在楼板平 面内无限刚的楼板上互相连接在一起。不管用户在建模中有无弹性楼板、刚性楼板 或越层大空间,对于无塔结构的侧刚模型假定每层为一块刚性楼板,而多塔结构则 假定一塔一层为一块刚性楼板。每块刚性楼板具有两个独立的水平平动自由度和一
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个独立的转动自由度。侧向刚度矩阵就是建立在这些结构自由度上的,可通过结构 总体模型的刚度矩阵凝聚而成。侧刚模型进行振型分析时结构自由度数相对较少, 计算耗时少,分析效率高,但应用范围有限制。(摘自建研院《结构计算振型数》 一文) b.“总刚分析方法”就是直接采用结构的总刚和与之相应的质量阵进行地震反应分 析。“总刚”的优点是精度高,适用方法广,可以准确分析出结构每层每根构件的 空间反应。通过分析计算结果,可以发现结构的刚度突变部位、连接薄弱的构件以 及数据输入有误的部位等。其不足之处是计算量大,比“侧刚”计算量大数倍。这 是一种真实的结构模型转化成的结构刚度模型。结构总刚模型假定每层非刚性楼板 上的每个节点(有构件相连的)有两个独立水平平动自由度,可以受弹性楼板的约 束,也可以完全独立不与任何构件相连,而在刚性楼板上的所有节点只2005版SATWE 补充用户手册 BY 老虎空间 wxh5330 (第 24 页 共 26 页) 3/9/2006 有两个独立水平平动自由度和一个独立的转动自由度。总体刚度矩阵就是建立在这 些结构自由度上的,可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。总刚模型进行振型 分析时能真实模拟具有弹性楼板、大开洞的错层、连体、空旷的工业厂房、体育馆 等结构,可以正确求得结构每层每个构件的空间自振形态,但自由度数相对较多, 计算耗时多和存储开销大。(摘自建研院《结构计算振型数》一文) 对于没有定义弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程,“侧刚”与“总刚”的计 算结果是一致的。对于定义了弹性楼板的结构(如使用SATWE进行空旷厂房的三维空 间分析时,定义轻钢屋面为“弹性膜”),应使用“总刚分析方法”进行进行结构 的地震作用分析。鉴于目前的电脑运行速度已经较快,故建议对所有的结构均采用 “总刚模型”进行计算。 (3)线性方程组解法:[VSS向量稀疏求解器]或[LDLT三角分解] “VSS 向量稀疏求解器”是一种大型稀疏对称矩阵快速求解方法;“LDLT 三角分 解”是通常所用的非零元素下的三角求解方法。“VSS向量稀疏求解器”在求解大 型、超大型方程时要比“LDLT三角分解”方法快很多,所以程序缺省指向“VSS向量 稀疏求解器”算法。由于求解方程的原理、方法不同,造成的误差原理不同,提供 两种解方程的方法可以用于对比。 (4)位移输出方式:[简化输出]或[详细输出]
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当选择“简化”时,在WDISP.OUT文件中仅输出各工况下结构的楼层最大位移值,不 输出各节点的位移信息。按“总刚”进行结构的振动分析后,在WZQ.OUT文件中仅输 出周期、地震力,不输出各振型信息。若选择“详细”时,则在前述的输 出内容的基础上,在WDISP.OUT文件中还输出各工况下每个节点的位移,WZQ.OUT文 件中还输出各振型下每个节点的位移。

5.2.2 SATWE 计算分析中几个重要概念 1 “刚性楼板“与”弹性搂板“ (1)刚性楼板是是指平面内设定为刚度无限大,内力计算时不考虑平面内外变 形,与板厚无关,程序默认楼板为刚性楼板。 (2)弹性搂板:必需以房间为单元进行定义,与板厚有关,分以下三种情况: 弹性搂板 6:程序真实考虑楼板平面内、外刚度对结构的影响,采用壳单元,原 则上适用于所有结构。但采用弹性搂板 6 计算时,楼板和梁共同承担平面外弯矩, 其结果梁的配筋偏小,楼版承担的平面外弯矩计算配又未考虑,此外计算工做量大, 因此该模型仅适用板柱结构。 弹性搂板 3: 程序设定楼板平面内刚度为无限大, 而仅考虑平面外刚度对结构的 影响,采用壳单元,因此该模型仅适用厚板结构。 弹性膜:程序真实考虑楼板平面内刚度,而假定平面外刚度为零。采用膜剪切单 元,因此该模型适用钢楼板结构。 注意:1:弹性搂板仅适用于高层钢筋混凝土结构。2:不适用于多层钢筋混凝 土结构及钢结构建筑。3:多层钢筋混凝土结构及钢结构建筑中存在有弹性搂板时, 可近似的按开洞处理,但要注意人工将荷载分配到周边梁上。 2 有关振型的几个概念 (1)振型参与系数:每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振 型的主质量(或者说该模态质量)之比,即为该振型参与系数。 (2)振型的有效质量:这个概念只对于串连刚片系有效(即基于刚性楼板假定 的,不适用于一般构) ,某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在 该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。 (3)有效质量系数:如果计算时只取了几个振型,那么这几个振型的有效质量 之和与总质量之比即为有效质量系数。用于判断参与参与振型数足够与否,并将用
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于程序。 (4)振型参与质量:某一振型的主质量(或者说该模态质量)乘以该振型的参 振型与系数的平方,即为该振型的振型参与质量。 (5)振型参与质量系数:由于有效质量系数只适用于刚性楼板假定, 《高规》 5.1.13 条及《抗规》5.2.2 条文说明,提出了用振型参与质量系数来判断参与振型数 足够与否的方法。即选定振型个数的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与 质量系数。这种方法适用于刚性楼板假定,也适用于弹性楼板。 3 总刚与侧刚的概念 (1)总刚:就是用结构的总刚阵和与之相对的质量阵按振型叠加法求解结构的 周期及振型。结构的总刚阵即为结构静力分析时形成的结构总刚度矩阵。自由度数 为 N 的高层结构,结构的总刚度矩阵为 N 阶方矩阵,若定义有较大范围多的弹性楼 板或有较多的不与楼板相连构件时,可准确分析出结构每层每根构件的空间反应, 可发现结构的刚度突变部位,连接薄弱的构件以及数据有误的部位。缺点是计算量 大,费时长。 (2)侧刚:在高层结构分析中,为了提高分析效率,对于引入楼板平面内无限 刚或分块无限刚,平面外刚度为零的假定后,采用一种简化计算方法,可已大大降 低结构的自由度,使得结构每层只有 3 个独立的平动自由度,这就是侧刚的方法。 优点是分析效率高,误差在允许范围。 (3)若平面没有布置弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程,侧刚、总刚的 结果是一致的。 4 振型组合数的选取: 在计算地震力时,振型个数的选取应是振型参与质量要达到总质量 90%以上所 需要振型数。但要注意以下几点: (1)振型个数不能超过结构固有的振型总数,因一个楼层最多只有三个有效动 力自由度,所以一个楼层也就最多可选 3 个振型。如果所选振型个数多于结构固有 的振型总数,则会造成地震力计算异常。 (2)对于进行耦联计算的结构,所选振型数应大于 9 个,多塔结构应更多些, 但要注意应是 3 的倍数。 (3)对于一个结构所选振型的多少,还必需满足有效质量系列化大于 90%。在 WDISP.OUT 文件里查看。
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5 主振型的判断; (1)对于刚度均匀的结构,在考虑扭转耦联计算时,一般来说前两个或前几个 振型为其主振型。 (2) 对于刚度不均匀的付杂结构, 上述规律不一定存在, 此时应注意查看 SATWE 文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT。程序输出结果中,给出了输出各振型的 基底剪力总值,据此信息可以判断出那个振型是 X 向或 Y 向的主振型,同时可以了 解没个振型对基底剪力的贡献大小。 6 地震力、风力的作用方向: 结构的参考坐标系建立以后, 所求的地震力、 风力总是沿着坐标系的方向作用。 但设计者注意以下几种情况: (1)设计应注意查看 SATWE 文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT。输出 结果中给出了地震作用的最大方向是否与设计假定一致,对于大于 15 度时,应将此 方向输入重新计算。 (2)对于有有斜交抗侧力构件的结构,当大等于 15 度时,应分别计算各抗力 构件方向的水平地震力。此处所指交角是指与设计输入时,所选择坐标系间的夹角。 (3)对于主体结构中存在有斜向放置的梁、柱时,也要分别计算各抗力构件方 向的水平地震力。 7 周期折减系数: 高规 3.3.17 条规定:当非承重墙体为填充砖墙时,高层建筑结构的计算自振周 期折减系数,可按下列规定取值。
(1) (2) (3) (4)

框架结构 0.6—0.7; 框架—剪力墙结构 0.7—0.8; 剪力墙结构 0.9—1.0; 短肢剪力墙结构 0.8—0.9。 (2)请大家注意:周期折减是强制性条文,但减多少则不是强制性条文,

这就要求在折减时慎重考虑,既不能太多,也不能太少,因为折减不仅影响结 构内力,同时还影响结构的位移。 8 活荷载质量调整系数: 该参数即为荷载组合系数。可按《抗规》5.1.3 条取值。注意该调整系数只改变 楼层质量,不改变荷载总值,即对竖向荷载作用下的内力计算无影响,
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9 关于梁的几个调整系数 (1)刚度调整系数 Bk:梁的刚度调整,主要是考虑现浇楼板对梁的刚度贡献, 楼板与梁按 T 形共同工作。而程序是按矩形取,所以可以考虑梁的刚度放大。一般 可取 1.5—2.0,但对预制楼板、板柱结构的等代梁取 1.0,注意刚度调整系数对连梁 不起作用。 (2)梁端负弯矩调整系数:框架梁在竖向荷载作用下梁端负弯矩调整系数,是 考虑梁的塑性内力重分布。通过调整使梁端负弯矩减小,跨中正弯矩加大(程序自 动加) 。梁端负弯矩调整系数一般取 0..85。 注意:1:程序隐含钢梁为不调幅梁。2:不要将梁跨中弯矩放大系数与其混淆。 (3)梁弯矩放大系数 Bm:当不计算活载或不考虑活载不利布置时,可通过此 参数调正梁在恒、活载作用下的跨中正弯矩,一般取 1.1—1.2。在选用时注意:如 果活载考虑不利布置时则此系数取 1.0。 (4) 连梁刚度折减系数 BLz: 主要是指那些与剪力墙一端或两端平行连接的梁, 由于梁两端往往变位差很大,剪力就会很大,所以很可能出现超筋。这就要求连梁 在进入塑性状态后,允许其卸载给剪力墙,而剪力墙的承载力往往较大,因此这样 的内力重分布是可以的。一般取 0.55—0.7。 注意:如连梁的跨高比大于等于 5 时,建议按梁输入,因此时梁往往是受弯为 主,刚度不应折减。 (5)梁扭矩折减系数 Tb:是针对新规范的梁抗扭设计而设的,由于目前梁在 整体结构中的扭转问题研究的还不多,楼板对梁平面外究竟有多大约束作用,还不 十分清楚,所以程序给出的范围较大 0.4—1.0,建议取 0.4。 注意:程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁不起作用。 10 关于质量偶然偏心: 国外多数抗震规范认为,需要考虑由于施工、使用等因素所引起的质量偶然偏 心或地震地面运动扭转分量的不利影响。我国新规范也考虑了这一因素。 (1) 《高规》3.3.3 条要求:计算单向地震作用时应考虑质量偶然偏心的影响, 每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可取建筑物总长的 5%;而《抗规》5.2.3 条要求规则结构不进型扭转耦联计算时,平行于地震作用方向的两个边榀,其地震 作用效应乘以增大系数。新程序按《高规》执行,主要是因为:考虑耦联对任何结 构都适用;依靠程序自行确定边榀框架也较困难。
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(2)对于不规则结构必须选此项,主要用来判断结构平面的规则性,见《高 规》4.3.5 条。特别注意此时,必须对所有楼层强制采用“刚性假定”,执行这一开关 后,所计算的地震力、杆件内力均不能用,仅仅用来判断楼层的最大水平位移与层 间位移比值。 注意:对一个不规则结构,带弹性板的结构应计算两遍。一是强制楼板“刚性假 定”控制位移,二是按真实情况计算地震力、杆件内力。 11 关于双向地震的扭转效应: (1) 《抗规》5.1.1 条及《高规》3.3.2 条要求:质量与刚度分布明显不对称、 不均匀的结构,应计算双向水平地震作用下的扭转影响,现在程序是按主方向的弯 矩、剪力和轴力按 0.85 开平方。即: S2XY=SX2+(0.85SY)2。S2YX=SY2+(0.85SX)2。 (2)当计算双向水平地震作用下的扭转影响时,程序允许同时考虑质量偶然偏 心及双向地震作用,此时仅对无偏心的地震作用效应进行双向水平地震作用计算。 当然两者也可不同时考虑。 (3) 《高规》3.3.3 条要求:“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响力”; 而条文说明:“当计算双向地震作用时,可不考虑质量偶然偏心的影响”。 12 关于楼层刚计算方法的选取: 程序给出了三种计算方法,三种计算方法可能给出差别较大的刚度比,所以设 计应根据工程的实际情况做出正确选择,可按下列原则选取: (1)剪切刚度:即《高规》附录 E.0.1 建议的方法。对于底层大空间层数为--层时,可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下结构的刚 度变化。此时可近似只考虑剪切变形的影响,适用于多层(砌体、底框) ,不带转换 层的剪力墙结构也宜选用此项。 (2)剪弯刚度:即《高规》附录 E.0.2 建议的方法(是按有限元法,通过加单 位力计算的) 。对于底层大空间层数大于---层时,可近似采用转换层上、下结构的等 效剪切刚度比表示转换层上、下层的刚度变化,此时同时考虑结构剪切变形和弯曲 变形的影响, 适用于带斜撑的钢结构、 不带转换层的框架--剪力墙结构也宜选用此项。 (3)地震剪力与地震层间位移比值:即《抗规》建议的方法。 ,适用于其它多 层结构。 注意:
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1:上述三种方法计算刚度的含义是不同的,差异较大。如果仅有一个标准层的 简单框架结构,按方法 1、2 计算各层的刚度都相同,按方法 3 计算各层的刚度不相 同。 2:对于高位转换层(8 度三层、7 度五层以上) ,建议人工按《高规》附录 E.0.2 分别建两个模型计算。 13 关于 P—△效应: 重力二阶效应一般称为 P—△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的竖向轴线分量, 这个分量将增大水平位移量,同时也会增大相应的内力,这在本质上是一种几何非 线性效应。设计者可根据需要选择考虑或不考虑 P—△效应。注意: (1)这里考虑的是针对结构原始刚度计算的 P—△效应,与《混规》7.3.12 条 考刚度折减的要求是完全不同的。 (2) 只有高层钢结构和不满足 《高规》 5.4.1 条的高层混凝土结构才需要考虑 P— △效应对应水平力作用下结构内力和位移的不利影响。 ( 3 ) 计 算 完 后 设 计 可 打 开 SATWE 文 本 文 件 “ 结 构 设 计 信 息 输 出 文 件 WMASS.OUT 文件”,查看是否满足要求。 (4)高厚比超限的钢筋混凝土的设计者应特别注意。 14 关于上部结构嵌固端的选取: 《高规》5.2.7 条规定:当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时,地下室结构的 楼层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的 2 倍,而规范中设计内力调整系数 所对应的底层即指嵌固层楼板。因此,正确选取嵌固层就成为结构整体计算是否正 确的关键。但是目前程序还不能自动判断嵌固层位置,这就需要设计者人工干预。 SATWE 提供了两种考虑基础回填土对结构约束作用的方法: (1)方法一:输入基础回填土对结构约束的相对刚度,即输入基础回填土对结 构约束刚度与地下室抗侧移侧移刚度的比值, 若取该参数为 0, 则认为基础回填土对 结构没有约束作用,即结构在基础底板处嵌固。若取该参数为 5,则认为结构的地下 室部分基本没有位移,即相当于认为结构在地下室顶板处嵌固。 (2)方法二:指定地下室水平嵌固层数。如对一个有 M 层地下室的结构,可指 定 m(m<=M)层地下室没有水平位移。 (3)首先按实有地下室层数进行第一次计算,先假设回填土对地下室抗侧移侧
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移刚度的比值为 3, 然后打开 SATWE 文本文件“结构设计信息输出文件 WMASS.OUT 文件”,查看地下结构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值,如果。地下结构与地上一 层抗侧移侧移刚度的比值>=2.0,则可认为结构在地下室顶板处嵌固。如果。地下结 构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值<2.0,则可认为地上结构不能完全嵌固在地下 室顶板处,此时建议将嵌固下移至基础底板处。 注意: 1:结构的侧刚是结构自身固有的特性,不会因地下室层数的变化而变化。 2:当地下室顶板不能作为嵌固上部结构时,单纯将地下室结构加入到上部结构 进行计算,即认为嵌固层位置在地下顶板以下或更低,则可能造成结构内力与位移 计算结果不符合实际,有时甚至导致薄弱层位置变化等,因此在设计时应将两种计 算结果进行比较,取最不利结果作为设计依据。 3:设计时应注意无论计算是否考虑地下室外回填土对结构的约束作用,地下室 外墙在计算时均未考虑土压力的作用 15 地震作用的调整 1.最小地震剪力调整 《抗规》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,此条程序自动调整,无须人工干预。但建议设 计者注意查看 SATWE 文本文件“周期、地震力及振型输出文件 WZQ.OUT”,目的是 从中可判断薄弱层所在楼层。 2.0.2V。的调整系数 对于框架剪力墙结构,一般剪力墙的刚度很大,剪力墙吸引了大量的地震力, 而框架所承担的地震力很小。对于框架部分,如果按这样的地震力进行设计,在剪 力墙开裂后会很不安全,所以需要让框架部分承担至少 20%的基底剪力和按框架剪 力墙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,以增加框架的 安全度,但在考虑调整时还须注意以下几点: a.对柱少剪力墙多的框架剪力墙结构,让框架梁柱承担 20%的基底剪力会使放 大系数过大,以致梁柱无法设计。所以 20%的调整一般只用于主体结构,一旦结构 内收则不应往上调整。 b.若考虑调整后框架梁柱内力增加过大,可调整文件中的放大系数,程序将按 WV02Q.OUT 中的系数调整。
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c.0.20 调整的放大系数只针对框架梁柱的弯矩及剪力,不调整轴力。 d.对于侧向刚度沿竖向分布不均匀的框架—剪力墙结构, 如多塔结构或大底盘结 构,已不在《抗规》6.2.13 条规定的范围内,对这类结构进地调整时需特别注意。 e.程序对框剪结构, 依据规范要求进行 0.2V0 调整, 设计者可以指定调整楼层范 围,同时,也可人工干预调整系数。 3.竖向不规则结构地震作用效应调整 《抗规》3.4.3 条及《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%左时,其薄弱层地震剪力应乘以 1.15 的增大系数。设计者应注 意:此条要求设计者必须指出薄弱层所在楼层,然后程序将根据设计者指定的薄弱层 层号,将这些楼层地震作用的内力乘以 1.15 的增大系数。 4.特殊构件地震力调整系数 (1).转换梁在地震作用下的内力调整: 《高规》10.2.23 条规定:转换梁在特一 级、一级、二级抗震设计时,基地震作用下的内力分别放大 1.8、1.5、1.25 倍。设 计时注意:设计必须在特殊构件定义时人工定义了转换梁,则程序会自动对其进行调 整。 (2).框支柱在地震作用下的内力调整: 《高规》10.2.7 条规定也要调整,设计时 注意:设计必须在特殊构件定义时人工定义了框支柱,则程序会自动对其进行调整。 由 于调整系数往往很大,为了避免异常情况,程序给出一个控制开关,设计者可决是否对 与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力进行调整。 (3).另外对于“不调幅的梁”、“铰接梁”、“滑动支座梁”、“刚性梁”、“铰接件”、“铰 接支撑”、“弹性楼板”、“临空墙”等均需人工定义。 5.其它构件地震力调整系数 如果整个结构的抗震等级确定,则(除特殊要求构件外)各构件的设计内力调 整均由程序自动完成,不需人工干预。

5.2.3 SATWE 计算分析中结构整体性能的控制 对于一个建筑结构设计,主要需从以下几个方面对结构整体性能进行控制: 1、水平位移限值(层间位移) 高规 4.6.3 条 按弹性方法计算楼层层间最大位移与层高之比△μ/h 宜符合以下 规定:高度不大于 150m 的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之比△μ/h 不宜大于
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表 4.6.3 的限值;高度等于或大于 250m 的高层建筑,其楼层层间最大位移与层高之 比△μ/h 的限值不宜大于 1/500;高度在 150m~250m 之间的高层建筑,其楼层层间最 大位移与层高之比△μ/h 的限值按本条第一款和第二款的限值线性插入取用。 注意: a.楼层层间最大位移△μ 以楼层最大的水平位移差计算,不扣除整体弯曲变形。b.抗 震设计时,本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。 2.位移比控制 《高规》4.3.5 条规定,结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响 的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和结构层间位移, A 级高度高层建筑不 宜大于该楼层平均值的 1.2 倍,不应大于该楼层平均值的 1.5 倍;B 级高度高层建筑、 混合结构最高层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍,不应大于该楼层的 1.4 倍。 注意: a、这条要求主要是限制结构平面布置的不规则性; b.若结构中有不与楼板相连的构件或定义了弹性楼板,那么,那么,程序输出 结果与规范要求不同,此时,需要由设计者依据刚性楼板假定条件下的分析结果。 c.查看这个比值须是在考虑偶然偏心影响,并强制假设在刚性楼板下的情况下; d.这个不是硬性指标,是计算方法的问题。规范中的各种位移比实际上是来控制 结构的扭转效应不能太大的,扭转效应只有在刚性楼板的假定下才有意义,可以想 象,如果不考虑刚性楼板假定, 那么楼板薄弱的地方位移就会偏大些,楼板强的地方位 移就会小一些,这些都是局部的变化,用这样的位移算出来的位移比是毫无意义的, 不能反映整个结构的扭转情况,所以计算位移比时应该在刚性楼板假定的条件下进 行。 3.周期比控制 《高规》4.3.5 条规定,结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自 振周期 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 层建筑及本规程第 10 章所指的复杂高层建筑不应大于 0.85。 注意:a、这条要求主要是限制结构的抗扭刚度不能太弱。b、提醒大家解决扭 转,要注意做好加减法。 4.层刚度比控制
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(1).《高规》4.4.2 条及《抗规》3.4.2 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邻上部楼层侧向刚度的 70%或其上相邻三层侧向刚度平均 值的 80%。如不满足则应按薄弱层对待。 (2).转换层上、下结构侧向刚度的要求:《高规》附录 E 及《抗规》附录 E 规定: a.底部大空间为 1 层时,其转换层上、下层侧向刚度比宜为 1,抗震设计时不应 大于 2,非抗震设计时不应大于 3。 b.底部大空间层楼大于 1 层时,其转换层上、下层侧向刚度比宜为 1,抗震设计 时不应大于 1.3,非抗震设计时不应大于 2。 c.当转换层设置在 3 层及 3 层以上时,其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层 侧向刚度的 60%。 (3).《高规》5.3.7 条 高层建筑结构计算中,当地下室顶板作为上部结构嵌固部 位时,地下室结构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。 表 4.6.3 楼层层间最在位移与层高之比的限值结构类型 △μ/h 限值框架 1/550 框架—剪力墙、框架—核力筒、板柱—剪力墙 1/800 筒中筒、剪力墙 1/1000 框支层 1/1000 多(高)层钢结构 1/300(1/250) 注意: a.当地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定的, 有条件的, 可增加地下 室的侧向刚度。 b.没有条件时,将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位,如筏形基础顶面 或箱型基础顶面。 5.高层建筑结构的整体稳定的控制 《高规》5.4.4(强规)高层建筑结构的稳定应符合下列规定: (1)剪力墙结构,框架—剪力墙结构,筒体结构应符合下式要求: EJd>1.4H2ΣGi (2)框架结构应符合下式要求: Dj>10ΣGi/hi 注意:
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a.计算完后设计可查看 SATWE 文本文件“结构设计信息输出文件 WMASS.OUT”, 查看是否满足要求。 b.大量的工程经验说明:只要高宽比在规范允许的范围内,其整体稳定性总是满 足的。但设计时,对于高宽比超限的结构要特别注意。 6.框架—剪力墙结构中框架承担的倾覆力矩控制 《高规》8.1.3 条及 《抗规》6.1.3 条规定:抗震设计的框架—剪力墙结构,在基 本振型地震作用下,框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构部倾覆力矩大于结构部 倾覆力的 50%时,其框架部分的抗震等级应按框架结构采用;否则其框架部分的抗 震等级应按框架—剪力墙结构中的框架采用,程序按《抗规》6.1.3 条的条文说明给 出了框架部分承担的的倾覆力矩的计算方法 Mc=ΣΣVijhi 设计者可查看 SATWE 文本 文件“结构设计信息输出文件 WMASS.OUTWMASS。OUT”,查看是否满足要求。 5.2.4 SATWE 计算结果的判断 《高规》5.1.16 条及《抗规》3.6.5 条均有要求:对结构分析软件的计算结果, 应进行分析判断,确认其合理,有效后方可作为工程设计依据。如何判断?当然只 能依靠概念设计来判断:概念设计是一种设计的思路,可以认为是定性的设计,概 念设计不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据,而是由我们对工程进行 概括的分析,制定设计目标,采取相应措施,概念设计概念包括安全度的概念、力学 的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。 概念设计要求我们融合这些概念,并贯彻到结构方案设计、结构构件布置、计算简 图抽象、计算结果处理中。对理论无法明确的部位,要有定义的认识。建议大家对 计算结果从以下方面检查: 1、检查原始数据是否有误,特别是是否遗漏荷载; 2、计算简图是否与实际相符,计算程序是选得正确; 3、对计算结果分析:检查设计参数是否选择合适;检查“七种比值”即: (1)柱及剪力墙轴压比是否满足要求,主要为控制结构延性; (2)剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性; (3)刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突形,形成薄弱层; (4)位移比:主要为控制结构竖向规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响; (5)周期:主要为控制结构的扭转效应,减少扭转对结构带来不利影响(此时要注 意:第一、二震型在高层建筑中不能发扭转为主第二振震型不能以`扭转为主);
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(6)刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆; (7)有效质量比:主要为控制结构的地震力是否全计算出来。 以上这七种比值规范中均有明确要求。 4.另外大家也要注意超配筋信息文件,对超配筋的处理。

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