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KPM中SATWE结构的内力与配筋计算 (2014-04-25 23:03:35)转载分类：公开选择SATWE主菜单的第二项结构内力，配筋计算，显示SATWE计算控制参数对话框如图，通常程序默认的计算项目，即带“”的项目都应选中。3.1吊车荷载计算当设计工业厂房需要考虑吊车作业时应选择此项，并应在PMCAD建模时输入吊车荷载，程序初始值为不选择。3.2生成传给基础的刚度通常基础与上部结构总是共同工作的，从受力角度看它们是一个不可分割的整体，SATWE软件不仅可以向JCCAD基础软件传递上部结构的荷载，还能将上部结构的刚度凝聚到基础上，使地基变形计算更符合实际情况。当基础设计需要考虑上部结构刚度影响时，选择生成传给基础的刚度项，否则不选。程序初始值为不选。3.3层刚度比计算（1）剪切刚度，是高规附录E0.1规定的，主要用于底部大空间为一层的转换层结构刚度比计算，及地下室嵌固部位的刚度比计算。（2）剪弯刚度，是高规附录E0.2规定的，主要用于底部大空间层数大于一层的转换层结构刚度比计算。（3）地震力与地震层间位移的比值，是抗震规范3.4.2条、3.4.3条和高规4.3.5条规定的，适用于没有转换结构的大多数常规建筑，也可用于地下室嵌固部位的刚度比计算，这是程序默认的层刚度比计算方法。应当指出的是，由于三种刚度比计算的原理和方法各不同，计算结果有时差异较大，是可以理解的，关键是合理选择刚度比计算方法。一般来讲，常规工程选择第三种方法计算刚度比，对复杂高层建筑，建议多用几种方法计算刚度比，从严控制。此外，SATWE软件是用刚度串模型计算高位转换结构的等效侧向刚度比，即将上部或下部结构各层的侧向刚度求倒数，得出位移后求和，再求倒数得到上部或下部结构的刚度和等效侧向刚度比，这与高规附录E0.2建议的方法有所不同。3.4地震作用分析方法程序提供了两种地震作用分析方法：（1）侧刚分析方法，是指按侧刚模型进行结构振动分析，这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采用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矩阵。“侧刚计算方法”的优点是分析效率高，由于浓缩以后的侧刚自由度很少，所以计算速度快。但其应范围是有限的，当定义有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时，其计算是近似的，会有一定的误差。（2）总刚分析方法，是直接采用结构的总刚和与之相应的质量矩阵进行地震反应分析，这是详细的分析方法。这种方法精度高、适用范围广，可以准确分析出结构各楼层各构件的空间反应，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。“总刚计算方法”适用于分析有弹性楼板或楼板开大洞的复杂建筑结构，不足之处是计算量大，因而速度稍慢。对于没有定义弹性板或没有不与楼板相连构件的工程，“侧刚计算方法”和“总刚计算方法”的计算结果是一致的。3.1.5线性方程组解法程序提供了两种线性方程组解法，供设计人员选择使用及对比分析；（1）VSS向量稀疏求解器，采用稀疏矩阵快速求解方法，计算速度快，但适应能力和稳定性差。（2）LDLT三角求分解，采用非零元素下三角求解方法，比稀疏求解器计算计算速度慢，但适应能力强，稳定性好。3.1.6位移输出方式程序提供了两种位移计算结果输出方式：（1）简化输出：计算书中没有各工况和各振型下的节点位移信息。（2）详细输出：计算书中有各工况和各振型下的节点位移信息。3.1.7构件配筋及验算需要生成构件配筋计算结果时，选择该项，并设置配筋起始层号和配筋终止层号。以上计算控制参数设置完毕，点取确认，软件按设定的参数进行计算分析。注意：（1）抗震规范5.5.3条规定，“结构再罕遇地震作用下薄弱层(部位)弹塑性变形计算，可采用下列方法：1.不超过12层且刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土厂房可采用本节第5.5.4条的简化计算法;”SATWE程序可以自动进行12层以下钢筋混凝土框架结构的简化弹塑性验算，计算结果再文件SAT-K.OUT中输出，考察弹塑性层间位移角是否符合抗震规范表5.5.5的限制。（2）如果建模时布置了次梁，还应执行SATWE主菜单的第三项次梁内力与配筋计算。第四节SATWE计算结果分析与调整选择SATWE正主菜单第4项分析结果图形和文本显示，显示SATWE后处理对话框，分为两页，分别是图形文件输出和文本文件输出，如图所示：图形文件输出共有工15个选项，通过平面图和三维彩色云斑图显示计算分析结果，(文本文件输出)共有11个计算结果文件，详细提供了计算结果数据。SATWE输出的计算结果可以分为四类：计算书、动态图形、静态图形和校验数据，分别叙述如下：4.1、计算书通过数字和文字等数据形式反应计算分析结果，设计人员应认真核对计算结果，对不满足规范要求的控制参数进行分析和必要的调整。下面对计算控制参数的分析与调整作详细说明，主要是位移比、层间位移比、周期比、层间刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比等。4.1.1位移比规范规定：高层规程4.3.5条规定，“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12倍，不应大于该楼层平均值得1.4倍。”基本概念：位移比包含两项内容：(1)楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值；(2)楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值。计算位移比仅考虑墙顶、柱顶等竖向构件上节点的最大位移，不考虑其它节点的位移。位移比可以用结构刚心与质心的相对位置(偏心率)表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭转效应较大，位移比是控制结构整体抗扭特性和平面不规则性的重要指标。操作要点：位移比在结构位移输出文件(WDIDPOUT)中输出，各楼层位移比为Ratio(X)和Radio(Y)，本书例题X方向位移比，如图所示。注意事项：(1)程序可以输出单向地震、双向地震、偶然偏心等工况下的位移比。设计人员应正确选用。(2)程序仅输出位移比数值，不作是否超限判定，设计人员需根据规范规定自行判定。(3)值得注意的是，规范规定位移比按刚性板假定计算，如果在结构模型中设定了弹性板或楼板开大洞，应计算两次，第一次抗震计算时选择对所有楼层强制采用刚性楼板假定。按规范要求的条件计算位移比；第二次应在位移比满足要求后，不选择该项，以弹性楼板假定进行配筋等计算。(4)对于体育场馆、特殊工业建筑、空旷结构、错层和越层等结构，由于其竖向构件高度不一致，采用强制刚性楼板假定会带来较大的计算误差，因此，对这类复杂的建筑结构不宜强行进行位移比控制。(5)位移比是判断结构规则性的重要依据，对是否考虑双向地震有重要的参考作用。(6)高层建筑位移比计算应考虑偶然偏心的影响，多层建筑可以不考虑。(7)当结构层间位移角很小，例如一般结构结构弹性位移角小于规定限值的l2，复杂结构和高层结构弹性位移角小于规定限值的l3，位移比可以适当放宽，如放大20。(8)位移比不满足要求的原因，往往是结构平面不规则，刚度布置不均匀，结构上下层刚度偏心较大等，解决办法主要是改进设计，使结构规则，刚度均匀。4.1.2间最大位移与层高之比(层间位移角)规范规定：抗震规范5.5.1条和高层规程4.6.3条规定，“按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比宜符合以下规定”(略)。抗震规范5.5.1条说明规定，“第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。”基本概念：层间最大位移与层高之比(简称层间位移角)是控制结构整体刚度和不规则性的主要指标。限制建筑物，特别是高层建筑的层间位移角主要目的有两点：一是保证主体结构基本处于弹性受力状态，避免混凝土受力构件出现裂缝或裂缝超过规范允许的范围；二是保证填充墙和各种管线等非结构构件完好，避免产生明显的损伤。操作要点：各楼层层间位移角和全楼最大层间位移角都在结构位移输出文件（WDIDP.OUT）输出，各楼层层间位移角为和。如图所示。注意事项：(1)程序输出层间位移角数值，是否满足规范要求由设计人员判断。(2)层间位移角和位移比一样，也应在刚性楼板假定下计算。4.1.3周期比规范规定：高层规程4.3.5条规定，结扭转为主的第一自振周期，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09，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。基本概念：扭转周期与平动周期之比足控制结构扭转效应的重要指标，是结构扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反应。控制周期比的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不会出现过大的扭转效应。控制结构周期比的实质是，控制结构的扭转变形要小于结构的平动变形，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构刚度布局合理，以此控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。操作要点：周期比不能在计算书中直接查到，但在周期、振型、地震力（WZQ.OUT）文件中给出了计算周期比的原始数据，需要设计人员自行计算，如图周期比计算方法如下：（1）划分平动振型和扭转振型。考察各振型是平动系数还是扭转系数占主导地位（最好大于0.8，至少也要大于0.5），区分出各振型是平动振型还是扭转振型。从图示计算书可以看出，在所取得15个振型中，第514振型为扭转振型，其余为平动振型。（2）找出第一平动振型和第一扭转振型。在平动振型和扭转振型找出周期最长的(一阶振型)为第一平动周期T1和第一扭转周期Tt。必要时还应查看该振型的基底剪力是否较大，考查该振型在(结构整体空间振动简图)中，是否能引起结构整体振动，局部振动周期不能作为第一周期。本例题第1和第5周期分别为第一平动周期和第一扭转周期。(3)周期比计算。将第一扭转周期Tt除以第一平动周期T1即为周期比，考查其值是否小于0.9(或0.85)。本例题周期比为：0。17080.5854=02918，满足规范要求。注意事项：(1)在结构符合刚性楼板假定时，周期比计算应在刚性楼板假定下进行；对于不适宜刚性楼板假定的复杂高层建筑结构，不宜考虑周期比控制。（2）对于多塔大底盘结构，各个塔楼宜分别计算周期比。（3）如周期比不满足规范要求，说明该结构扭转效应明显，对抗震不利，应进行调整。（4）周期比调整原则：1）结构抗侧力构件的布局均匀对称。2）增加结构周边的刚度，方法如下：l增大周边柱、剪力墙的截面或数量；l增大周边梁的高度、楼板的厚度；l在楼板外伸段凹槽处设置连接梁或连接板；l加强转角窗周边构件的截面和强度，包括剪力墙、暗柱、窗间墙、楼板等，特别是增设暗梁。l减少周边剪力墙洞口。3）降低结构中部的刚度，方法如下：l结构中部剪力墙上开洞；l中部核心筒开结构洞再填充。4.4.4层间刚度比规范规定：高层规程4.1.2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%。”高层规程5.1.14条规定，“对竖向不规则的高层建筑结构包括某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数”。高层规程附录E.0.2条规定，“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。”抗震规范附录E.2.1条规定，筒体结构“转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。”程序实现：刚度比是控制结构竖向不规则和判断薄弱层的重要指标。程序根据规范要求自动计算层间刚度比，自动判定是否因刚度比突变出现薄弱层，自动对薄弱层放大地震剪力。操作要点：层间刚度比和薄弱层地震剪力放大信息在（结构设计信息)(WMASS.OUT)文件中输出，层间刚度比为Ratx1和Raty1,如图所示。从计算书中可知，本图各楼层的“薄弱层地震剪力放大系数”都是“1”，书名该结构没有薄弱层。注意事项：（1）程序提供了剪切刚度、剪弯刚度、地震剪力与地震层间位移之比三种刚度比的计算方法，由于计算方法不同，计算结果差异较大，设计人员应正确选用。（2）转换层数以楼层竖向抗侧力构件不连续形成的薄弱层，不论层间刚度比是多少，都将该楼层设置为薄弱层。4.1.5层间受剪承载力比规范规定：抗震规范343条规定，“平面规则而竖向不规则的建筑结构楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65。”高层规程4，43条规定，“A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80，不应小于其上一层受剪承载力的65；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75。”高层规程5L1-4条规定，“对竖向不规则的高层建筑结构结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数”。程序实现：层间受剪承载力比也是控制结构竖向不规则性和判断薄弱层的重要指标。根据规范要求，程序自动计算层间受剪承载力比。操作要点：层间受剪承载力在结构设计信息(WMASSOUT)文件中输出，层间受剪承力比为Ratio_BuX和Ratio_BuY。程序没有自动判定承载力是否超出限值而出现薄弱层，需要设计人员自行判定。如有薄弱层，应手工设定薄弱层后重新计算，程序自动放大薄弱层的地震剪力，如图所示例题层间受剪承载力比。注意事项：(1)受剪承载力的计算与混凝土强度、实配钢筋面积等因素有关，在SATWE计算时尚不知实配钢筋面积，因此程序以计算配筋面积代替实配钢筋面积作计算不够真实。（2）受剪承载力计算以矩形柱代替异型柱和剪力墙作近似计算，结果仅供参考。4.1.6剪重比规范规定：抗震规范5.2.5条和高规3.3.13条规定，“抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求剪力系数，不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值，对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数。”基本概念：剪重比是抗震设计中非常重要的参数。规范规定剪重比计算，主要是因为在长周期作用下，地震影响系数下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，由此计算出来的水平地震作用下的结构效应有可能太小。而对于长周期结构，地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用，而振型分解反应谱法尚无法对此做出准确的计算。出于安全考虑，规范规定了各楼层水平地震剪力的最小值，该值如不满则要求，说明结构有可能出现比较明显的薄弱部位，须进行调整操作要点：剪重比在周期、振型、地震力(WZQ.OUT)文件中输出，各塔的地震剪力为VX和Vy。如图例题X方向各楼层剪重比和规范要求的最小剪重比。注意事项：(1)若结构剪重比不满足规范要求，建议先不选择程序自动调整，首先考查剪重比原始值，若与规范要求相差较大，应优化设计方案，改进结构布局、调整结构刚度；当剪重比与规范要求相差不大时，再选择该项自动调整地震剪力，以完全满足规范要求。(2)正确计算剪重比，必须选取足够的振型个数使有效质量系数大于0.9。(3)地下室由于受回填土的约束作用，可以不考虑剪重比调整。4.1.7刚重比规范规定：高规5.4.4条规定，“高层建筑结构的稳定应符合下列规定”（略）。基本概念：刚重比时结构刚度与重力荷载之比。它是控制结构整体稳定的重要只标。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-效应）不致过大，导致结构失稳倒塌。结构的刚重比是影响重力二阶效应的主要参数，通过对结构刚重比的控制，满足高层建筑稳定性要求。操作要点：刚重比在结构设计信息（WMASS.OUT）文件输出，若该文件显示“能够通过高规（5.4.4）的整体稳定验算”，表示刚重比满足规范要求，否则应修改设计。如图例题所示刚重比计算结果。注意事项：刚重比不满足规范要求，通常应调整结构的高宽比。4.1.8框架的倾覆力矩比规范规定：抗震规范6.1.3条规定，“框架抗震墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，最大适用高度可比框架结构适当增加。”基本概念：框架剪力墙结构在进行抗震设计时，在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩和结构总倾覆力矩的比值MPM，决定框架的抗震等级、结构最大适用高度和高宽比等。操作要点：1)若MPM0.5，框架部分的抗震等级及柱轴压比按框架剪力墙结构中框架结构确定。2）若0.75MPM0.5，框架部分的抗震等级及柱轴压比按纯框架结构确定。3)若MPM075，结构的最大适用高度可按配置少量剪力墙的框架结构确定。框架的倾覆力矩比可以在框架柱倾覆弯矩及02Qo调整系数(WV02QOUT)文件中查到，如图本例框架柱地震倾覆弯矩占总弯矩的比值。4.1.9地震作用调整整体结构地震作用调整主要指：（1）楼层最小地震剪力调整抗震规范5.2.5条规定了任一楼层水平地震剪力的要求，软件可以自动实现这调整要求。（2）框架结构0.2Q0调整抗震规范6.2.13条和高规8.1.4规定了结构0.2Q0调整的要求，软件允许按设计人员指定的楼层和系数进行调整。（3）边榀构件地震作用效应调整抗震规范5.2.3条规定，“规则结构不进行扭转耦连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按l.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。”SATWE软件采用空间有限元分析，总考虑扭转耦连计算，不必执行该条规定。（4）转换梁地震作用下的内力调整抗震规范：3.4.3条和高规10.2.6条规定了竖向构件不连续时，转换构件水平地震作用计算内力应乘以增大系数。只要设计人员定义了转换构件，软件可以自动实现调整要求。（5）框支柱地震作用下的内力调整高规10.2.7条规定了带转换层的高层建筑结构的框支柱承受的地震剪力标准值要求，只要设计人员定义框支柱，软件可以实现相应的调整要求。(6)板柱抗震墙结构地震作用调整抗震规范6.6.5条规定了板柱抗震墙结构的墙和柱各自承担的地震作用，如设置结构体系为“板柱剪力墙结构”，软件自动完成这一调整。4.1.10设计内力调整（1）梁设计剪力调整抗震规范6.2.4条和高规6.2.5条和7.2.22条规定了抗震设计时，粱端截面组合的剪力设计值要求，软件自动进行相应调整。（2）柱设计内力调整抗震规范6.2.2条、6.2.3条、6.2.6条、6.2.10条和高规4.9.2条规定了抗震设计时，强柱弱梁的概念设计要求，需要对底层柱、角柱和框支柱的