结构计算SATWE的应用

1前言

计算软件是现在设计人员经常使用到的工具，它帮助设计人员从繁琐的计算过程中解脱出来。但是设计人员必须知道程序只能起到设计工具的作用，并不能代替设计，所以就需要我们的结构设计人员充分的理解程序的适用范围、条件和校对结果的合理性、可靠性。在设计程序中有很多设计参数需要设计人自己确定，首先就是要让设计人员真正的掌握工程的设计过程，能够尽可能的控制设计过程。其次就是要把一些关键的责任交由设计人员来担任，如《高层建筑混凝土结构技术规程》的5．1．16条要求“对结构分析软件的计算结果，应进行分析结果判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据”。PKPM是我们设计人员现在广泛应用的计算软件。其中的SATWE是应现代多、高层建筑发展要求而研制的空间结合结构有限于元分析软件。现在我就谈谈自己在使用中对SATWE的一些体会。

2SATWE的特点

1)模型化误差小、分析精度高。

2)计算速度快。

3)强大的后处理功能。

3．SATWE进行结构计算的要点

3．1接PMCAD生成SATWE数据

结构计算中，在PMCAD中建立结构模型的数据后，在SATWE中还需要对这些数据进行分析和补充，设计时需考虑以下几点：

1)施加荷载方式的选择。由于恒载的特殊性，SATWE软件将施加荷载的方式分为3种：“不计算恒活荷载”“一次性加载”和“模拟施工加载”。其中一‘‘模拟施Ir加载1，''''方式较好地模拟了在钢筋混凝土结构施工过程中，逐层加载，逐层找平的过程；“模拟施工加载2”足将竖向杆件的刚度放大10倍后再做施工模拟l，其计算仅对基础起作用。这样做将使得柱和墙上分得的轴力比较均匀。接近手算结果，传给基础的荷载更为合理。所以高层建筑一般选择“模拟施工加载l”，高层框剪基础宜按“模拟施工加载2”，多层建筑一般选择“一次性加载”。

2)振型的数量。振型数的多少与结构层数及结构形式有关，应保证振型参与质量系数不小于总质量的90％。对于规则结构，振型数一般取3～5，当考虑耦联时取9—15；对于B级高度的高层建筑结构和复杂高层建筑结构的振型数不应少于l5；对于多塔结构，振型数不应小于9×塔数。但应该特别强调，振型数不是取得越多越好，它不能超过结构固有振型的总数。

3)建筑设计时应考虑抗震的要求，不应采用严重不规则的设计方案。体型复杂、平立面不规则的结构，可在适当部位设置防震缝，或调整平面形状和尺寸，加强构造措施。不规则的建筑在计算时采用的是空间结构计算模型，并需进行薄弱层验算。这在SATWE信息输入时都要引起注意。

4)在调整信息中，有几个数据的取值是需要注意的。考虑到钢筋混凝土框架梁在竖向荷载作用下的塑性内力重分布，可以适当减小支座负弯矩，相应增大跨中正弯矩，使梁上下配筋均匀些。装配整体式框架梁取0．7～0-8，现浇框架粱取0．8—0．9。另一个跟梁弯矩有关系的信息是“梁设计弯矩增大系数”，取值为1．0～1．2，但一般都取I．0，是因为已考虑了活荷载的不利布置。“中梁刚度增大系数”的取值要根据梁高和楼板的厚度比较来确定，现浇楼板取值1．3～2．0，一般取2．0。

3．2设计参数的合理选取

3．2．1抗震等级的确定

钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度的不同分别<抗规>6．1．2条或<高规>4．8条确定本工程的抗震等级。但需要注意以下几点：

(1)上述抗震等级是“丙”类建筑，如果是“甲”、“乙”、“丁”类建筑则需按规范要求对抗震等级进行调整。

(2)接近或等于分界高度时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件慎重确定抗震等级。

(3)当转换层I>3时，其框支柱、剪力墙底部加强的抗震墙等级直接按<抗规>6．1．2条或<高规>4．8条规定抗震等级提高一级采用，已为特级时可不调整。

(4)短肢剪力墙结构的抗震等级也应按<抗规>6．1．2条或<高规>4．8条查的抗震等级提高一级采用口口但注意对多层短肢剪力墙结构可不提高。

3．2．2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。但要注意以到此下几点：

(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。

3．2．3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白振周期折减系数，可按下列规定取值。框架结构O．6一O．7；框架一剪力墙结构0．7—0．8；剪力墙结构0．9一1．0；短肢剪力墙结构0．8—O．9。

3．3结构分析和构件内力计算

这一项要选的参数很少，但对整个结构模型的计算起到关键的作用。层刚度比计算中，有3种方法，分别是“剪切刚度”“剪弯刚度”和“地震剪力与地震层问位移的比值”。“剪切刚度”是按《高规》给出的方法计算，比较简单；“剪弯剐度”是按有限元方法，通过加单位力来计算，用于转换层的计算；地震剪力与相应位移的比值方法是《建筑抗震设计规范》条文说明中给出的，概念和计算均简单，但未扣除刚体转角引起的位移。3种方法可能给出差别较大的刚度比结果，所以应根据工程实际情况做出选择。在“地震作用分析方法”中有“侧刚分析方法”和“总刚分析方法”2个选项，“侧刚分析方法”是指按侧剐模型进行结构振动分析，“总刚分析方法”则是指按总刚模型进行结构的振动分析。当考虑楼板的弹性变形(某层局部或整体有弹性楼板单元)，或有较多的错层构件时，应该采用“总刚分析方法”，其余情况均应该采用“侧刚分析方法”。

3．4分析结果图形显示和文本显示

在进行配筋计算与验算后，即可以得到粱柱的配筋简图及一些文本。在查看结果图形和文本时要注意几个参数的限值。首先，柱轴压比限值应满足《抗规》3．7条的规定，并查看梁柱的配筋是否超筋，如有超筋就要考虑调整梁柱的截而来调整配筋量。在梁配筋不超筋的情况下，也应查看梁的配筋结果，如果粱配筋过大，可能造成单排或双排钢筋都放不下，遇到这种情况，应适当加大梁断面(宽度为主)，以满足配筋要求。另外，结构整体性能应加以控制：．

1)位移控制：程序输出结果第一项足构件节点位移，第二项是层间位移。位移控制是通过控制位移比进行的。计算结果应满足《抗规》5．5．1条规定，出现个别位移比超限时，可查位移的大小，在位移很小的情况下，可不考虑。

2)周期控制：《抗规》5．2．5条对楼层最小剪重比做了规定，x，y方向的有效质量系数一般不应小于90％。地震作用最大的方向一般控制在15。内，当大于15。时，应将该角度在调整信息中再次输入，并重新导荷验算。当周期不满足要求时，就需要调整结构布置。

3)层刚度比控制：《抗规》附录E2．1规定，简体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；《高规》的4．4，3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％：《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结语

在计算机和结构设计软件广泛应用的条件，除了要选择使用可靠的计算软件并合理选取设计参数外，还应对软件产生的计算结果从力学慨念和工程经验等方面加以分析U断，确认其合理可靠后方可采用。一个合格的结构工程师应该把计算软件作为提高工作效率的工具．而不是成为计算软件的奴隶。