結構計算SATWE的應用

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1前言

計算軟件是現在設計人員經常使用到的工具，它幫助設計人員從繁瑣的計算過程中解脫出來。但是設計人員必須知道程序只能起到設計工具的作用，并不能代替設計，所以就需要我們的結構設計人員充分的理解程序的適用范圍、條件和校對結果的合理性、可靠性。在設計程序中有很多設計參數需要設計人自己確定，首先就是要讓設計人員真正的掌握工程的設計過程，能夠盡可能的控制設計過程。其次就是要把一些關鍵的責任交由設計人員來擔任，如《高層建筑混凝土結構技術規程》的5．1．16條要求“對結構分析軟件的計算結果，應進行分析結果判斷，確認其合理、有效后方可作為工程設計的依據”。PKPM是我們設計人員現在廣泛應用的計算軟件。其中的satwe是應現代多、高層建筑發展要求而研制的空間結合結構有限于元分析軟件?，F在我就談談自己在使用中對SATWE的一些體會。

2SATWE的特點

1)模型化誤差小、分析精度高。

2)計算速度快。

3)強大的后處理功能。

3．SATWE進行結構計算的要點

3．1接PMCAD生成SATWE數據

結構計算中，在PMCAD中建立結構模型的數據后，在SATWE中還需要對這些數據進行分析和補充，設計時需考慮以下幾點：

1)施加荷載方式的選擇。由于恒載的特殊性，SATWE軟件將施加荷載的方式分為3種：“不計算恒活荷載”“一次性加載”和“模擬施工加載”。其中一‘‘模擬施Ir加載1，''''方式較好地模擬了在鋼筋混凝土結構施工過程中，逐層加載，逐層找平的過程；“模擬施工加載2”足將豎向桿件的剛度放大10倍后再做施工模擬l，其計算僅對基礎起作用。這樣做將使得柱和墻上分得的軸力比較均勻。接近手算結果，傳給基礎的荷載更為合理。所以高層建筑一般選擇“模擬施工加載l”，高層框剪基礎宜按“模擬施工加載2”，多層建筑一般選擇“一次性加載”。

2)振型的數量。振型數的多少與結構層數及結構形式有關，應保證振型參與質量系數不小于總質量的90％。對于規則結構，振型數一般取3～5，當考慮耦聯時取9—15；對于B級高度的高層建筑結構和復雜高層建筑結構的振型數不應少于l5；對于多塔結構，振型數不應小于9×塔數。但應該特別強調，振型數不是取得越多越好，它不能超過結構固有振型的總數。

3)建筑設計時應考慮抗震的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。體型復雜、平立面不規則的結構，可在適當部位設置防震縫，或調整平面形狀和尺寸，加強構造措施。不規則的建筑在計算時采用的是空間結構計算模型，并需進行薄弱層驗算。這在SATWE信息輸入時都要引起注意。

4)在調整信息中，有幾個數據的取值是需要注意的?？紤]到鋼筋混凝土框架梁在豎向荷載作用下的塑性內力重分布，可以適當減小支座負彎矩，相應增大跨中正彎矩，使梁上下配筋均勻些。裝配整體式框架梁取0．7～0-8，現澆框架粱取0．8—0．9。另一個跟梁彎矩有關系的信息是“梁設計彎矩增大系數”，取值為1．0～1．2，但一般都取I．0，是因為已考慮了活荷載的不利布置。“中梁剛度增大系數”的取值要根據梁高和樓板的厚度比較來確定，現澆樓板取值1．3～2．0，一般取2．0。

3．2設計參數的合理選取

3．2．1抗震等級的確定

鋼筋混凝土房屋應根據烈度、結構類型和房屋高度的不同分別<抗規>6．1．2條或<高規>4．8條確定本工程的抗震等級。但需要注意以下幾點：

(1)上述抗震等級是“丙”類建筑，如果是“甲”、“乙”、“丁”類建筑則需按規范要求對抗震等級進行調整。

(2)接近或等于分界高度時，應結合房屋不規則程度及場地、地基條件慎重確定抗震等級。

(3)當轉換層I>3時，其框支柱、剪力墻底部加強的抗震墻等級直接按<抗規>6．1．2條或<高規>4．8條規定抗震等級提高一級采用，已為特級時可不調整。

(4)短肢剪力墻結構的抗震等級也應按<抗規>6．1．2條或<高規>4．8條查的抗震等級提高一級采用口口但注意對多層短肢剪力墻結構可不提高。

3．2．2振型組合數的選取

在計算地震力時，振型個數的選取應是振型參與質量要達到總質量90％以上所需要振型數。但要注意以到此下幾點：

(1)振型個數不能超過結構固有的振型總數，因一個樓層最多只有三個有效動力自由度，所以一個樓層也就最多可選3個振型。如果所選振型個數多于結構固有的振型總數，則會造成地震力計算異常。

(2)對于進行耦聯計算的結構，所選振型數應大于9個，多塔結構應更多些，但要注意應是3的倍數。

3．2．3周期折減系數

高規3．3．17條規定：當非承重墻體為填充磚墻時，高層建筑結構的計算白振周期折減系數，可按下列規定取值?？蚣芙Y構O．6一O．7；框架一剪力墻結構0．7—0．8；剪力墻結構0．9一1．0；短肢剪力墻結構0．8—O．9。

3．3結構分析和構件內力計算

這一項要選的參數很少，但對整個結構模型的計算起到關鍵的作用。層剛度比計算中，有3種方法，分別是“剪切剛度”“剪彎剛度”和“地震剪力與地震層問位移的比值”?！凹羟袆偠取笔前础陡咭帯方o出的方法計算，比較簡單；“剪彎剮度”是按有限元方法，通過加單位力來計算，用于轉換層的計算；地震剪力與相應位移的比值方法是《建筑抗震設計規范》條文說明中給出的，概念和計算均簡單，但未扣除剛體轉角引起的位移。3種方法可能給出差別較大的剛度比結果，所以應根據工程實際情況做出選擇。在“地震作用分析方法”中有“側剛分析方法”和“總剛分析方法”2個選項，“側剛分析方法”是指按側剮模型進行結構振動分析，“總剛分析方法”則是指按總剛模型進行結構的振動分析。當考慮樓板的彈性變形(某層局部或整體有彈性樓板單元)，或有較多的錯層構件時，應該采用“總剛分析方法”，其余情況均應該采用“側剛分析方法”。

3．4分析結果圖形顯示和文本顯示

在進行配筋計算與驗算后，即可以得到粱柱的配筋簡圖及一些文本。在查看結果圖形和文本時要注意幾個參數的限值。首先，柱軸壓比限值應滿足《抗規》3．7條的規定，并查看梁柱的配筋是否超筋，如有超筋就要考慮調整梁柱的截而來調整配筋量。在梁配筋不超筋的情況下，也應查看梁的配筋結果，如果粱配筋過大，可能造成單排或雙排鋼筋都放不下，遇到這種情況，應適當加大梁斷面(寬度為主)，以滿足配筋要求。另外，結構整體性能應加以控制：．

1)位移控制：程序輸出結果第一項足構件節點位移，第二項是層間位移。位移控制是通過控制位移比進行的。計算結果應滿足《抗規》5．5．1條規定，出現個別位移比超限時，可查位移的大小，在位移很小的情況下，可不考慮。

2)周期控制：《抗規》5．2．5條對樓層最小剪重比做了規定，x，y方向的有效質量系數一般不應小于90％。地震作用最大的方向一般控制在15。內，當大于15。時，應將該角度在調整信息中再次輸入，并重新導荷驗算。當周期不滿足要求時，就需要調整結構布置。

3)層剛度比控制：《抗規》附錄E2．1規定，簡體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2；《高規》的4．4，3條規定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70％或其上相鄰三層側向剛度平均值的80％：《高規》的5．3，7條規定，高層建筑結構計算中，當地下室的頂板作為上部結構嵌固端時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。

4結語

在計算機和結構設計軟件廣泛應用的條件，除了要選擇使用可靠的計算軟件并合理選取設計參數外，還應對軟件產生的計算結果從力學慨念和工程經驗等方面加以分析U斷，確認其合理可靠后方可采用。一個合格的結構工程師應該把計算軟件作為提高工作效率的工具．而不是成為計算軟件的奴隸。