建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用

1、建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用    一、前言：随着建筑结构新规范全面颁布，新规范在工程设计已全面开始，这对于如何在工程设计中正确应用理解规范条文，正确选择设计软件及合理选取设计参数显得尤为重要。二、明确几个概念：1、“多塔结构”与“分缝结构”的区别：（1）“塔”的概念：这里的塔是个工程概念，指的是四边都有迎风面且在水平荷载作下可独自变行的建筑体部。将多个塔建同一个大底盘体部上，叫多塔结构。（2）多塔结构的定义：对与大底盘多塔结构、巨型框架结构，如果把裙房部分按塔的形式切开计算，则裙房部分误差较大，且各塔的相互影响无法考虑。因此，程序采用了

2、分块平面内无限刚的假定以减少自由度，且同时考虑塔与塔的相互影响。对于多塔结构，各刚性楼板的信息程序自动定义。但其包含区域需由用户定义。（3）分缝结构：在一个大的建筑体部里，因设伸缩缝、沉降缝、抗震缝，分成了若干小的建筑体部，叫分缝结构。分缝结构与多塔结构区别是四边中有的边不是迎风面。（4）对分缝结构各块要分开计算。（5）多塔结构新规范条文注意事项：第一扭转周期与第一平动周期的比值限值、最大位移平动位移的比值限值，对多塔结构特别注意，目前程序是不对的，不能直接采用，必须将多塔结构分搭计算，方可判断两者的比值。2、“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

3、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

4、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。3、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

5、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。4、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，

6、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。5、抗震措施与抗震构造措施概念（1）抗震措施：是指除地震作用计算和抗力计算以外的设计内容，包括建筑总体布置，结构选型，地基抗液化措施，考虑概念设计要求对地震作用效应（内力及变形）的调整，以及各种构造措施。（2）抗震构造措施：是指根据抗震概念设计的原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分所采取的细部

7、构造，如钢筋锚固、塔接，混凝土保护层，最小配筋率等。“抗震措施”涵盖了“抗震构造措施”，请注意：抗震等级划分属“抗震措施”。6、有关高层建筑超限的审查规定：建设部第111号令2002年7月25日颁发超限高层建筑工程抗震设防管理规定，所谓的超限高层建筑，是指：超出现行规范、规程的适应高度和适应结构类型的高层建筑工程，体型特别不规则的建筑工程，高位转换层（8度3层以上、7度5层以上）及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑。注意：取消了对于高宽比超限时审查要求，高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定及经济合理性的宏观控制。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

8、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。这对于SATWEK参数中，梁的刚度取值是否为1.三、设计参数的合理选取（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。（5）注意：钢结构、砌体结没有抗震等级。计算时可选“5

9、”，不考虑抗震构造措施。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。3、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

10、前几个振型为其主振型。4、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：（2）对于有有斜交抗侧力构件的结构，当大等于150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。（1）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

11、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、关于阻尼比：不同的结构有不同的阻尼比，设计者应区别对待：钢筋混凝土结构：0.05小于12层纲结构：0.03大于12层纲结构：0.035纲结构：0.059、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1.52.0，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

12、加大（程序自动加）。梁端负弯矩调整系数一般取085.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。10、关于顶部小塔楼放大系数：（1）对于顶部带有小塔楼的结构，在动力分析中，可能会出现鞭梢效应，即二次共振，这对很不利。实际计算过程中。如果参与振型选的足够多时，则可不再调整顶部小塔楼的地震力。如果参与振型选的不够多时，则可按下列要求调整顶部小塔楼的地震力：计算模型振型个数放大系数非耦联3<=NMODE<63.0非耦联6<=NMODE<=91.5耦联9<=NMODE<123.0耦联12<=NMODE<=161.5（2）对于顶

13、层带有空旷大房间或为轻钢结构的房屋，不宜视为突出屋面的小塔楼，并采用底部剪力法乘以憎大系数的方法计算地震作用效应，而应视为结构体系的一部分，用振型分解法计算。11、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。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。12、关于双向地震的扭转效应：（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

14、计算。当然两者也可不同时考虑。13、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：（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：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。14、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

15、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：（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。（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

16、（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

17、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。和用户手册有矛盾，请测试关于阻尼比：不同的结构有不同的阻尼比，设计者应区别对待：钢筋混凝土结构：0.05小于12层纲结构：0.03大于12层纲结构：0.035纲结构：0.05）四、地震作用的调整几点：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。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