[PPT]SATWE软件结构计算分析讲义

1、PKPM结构软件 学习研讨会 新规范版本合理选择计算程序PMCAD软件：主要用于建模，但其第八项可作砖混结构和底部框架抗震墙结构中砖混部分的抗震分析计算。PK软件：适用于二维框架、排架结构计算，尤其适用于带重型吊车的工业厂房设计。TAT软件：采用薄壁杆件原理的空间分析软件，适用于一般多高层建筑设计。SATWE软件：基于壳元理论的空间有限元分析软件，适用于复杂多高层建筑设计。PMSAP软件：核心是通用有限元程序，适用于任意空间结构及复杂多高层建筑设计。SATWE软件计算结果分析结构总体性能控制总论位移比和层间位移比周期比层间刚度比层间受剪承载力之比刚重比剪重比一、位移比和层间位移比（输出结果参见

2、WDISP.OUT） 位移比控制的意义位移比的大小反映了结构的扭转效应，同周期比的概念一样都是为了控制建筑的扭转效应提出的控制参数。 规范条文规范条文： 新高规4.3.5条规定，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高规第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，不应大于该楼层平均值的1.4倍。在文件WDISP.OUT 中,主要由以下几个参数来控制位移比和层间位移比： Ratio-(X),Ratio-(Y): 最大位移与层平均位移的比值 Ratio-Dx,Ratio

3、-Dy : 最大层间位移与平均层间位移 的比值 Max-Dx/h，Max-Dy/h : X,Y方向的最大层间位移角最大位移： 墙顶、柱顶节点的最大位移平均位移： 墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移 之和除2最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小值之和除2按照规范要求的定义，位移比表示为“最大位移/平均位移”，而平均位移表示为“（最大位移+最小位移）/2”，其中的关键是“最小位移”，当楼层中产生0位移节点，则最小位移一定为0，从而造成平均位移为最大位移的一半，位移比为2。则失去了位移比这个结构特征参数的参考意义，所以计算位移比时，如果楼层中产生“弹性节点”

4、，应选择“强制刚性楼板假定”。 层间位移角限值高规第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u/h 宜符合以下规定：1、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u/h 不宜大于表4.6.3的限值：结构类型u/h 限值框架1/550框剪、框筒、板柱剪力墙1/800筒中筒、剪力墙1/1000框支层1/10002、高度等于或大于250米的高层建筑，其楼层层间最大位移之比u/h 不宜大于1/500；3、高度在150250米之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比u/h 的限值按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。注：楼层层间最大位移u以楼层最大的水平位移差计

5、算，不扣除整体弯曲变形。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。计算方法及程序实现 位移比的限值是根据“刚性楼板假定”的条件下确定的，其平均位移的计算方法，也基于“刚性楼板假定”。 程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，用户可以一目了然地判断是否满足规范。 注意事项：复杂结构的位移控制 复杂结构，如坡屋顶层、体育馆、看台、工业建筑等，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层根本没有楼板，此时如果采用“强制刚性楼板假定”，结构分析严重失真，位移比也没有意义。所以这类结构可以通过位移的“详细输出”或观察结构的变形示意图，来

6、考察结构的扭转效应。 对于错层结构或带有夹层的结构，这类结构总是伴有大量的越层柱，当选择“强制刚性楼板假定”后，越层柱将受到楼层的约束，如果越层柱很多，计算失真。 总之，结构位移特征的计算模型之合理性，应根据结构的实际出发，对复杂结构应采用多种手段。 二、周期比 （输出结果参见WZQ.OUT） 周期比控制的意义周期比控制什么？ 如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。周期比不

7、满足要求，如何调整？一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度。规范条文规范条文：新高规的4.3.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期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复杂高层建筑不应大于0.85。对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比: 1） 根据各振型的平动系数大于0.5，还是扭转系数大 于0.5，区分出各振型是扭转振型还是平动振型。 2） 通

8、常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周 期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动 周期T1。 3）对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动 周期是否引起整体振动，如果仅是局部振动，不是 第一扭转/平动周期。再考察下一个次长周期。 4）考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大。 5）计算Tt/T1，看是否超过0.9 (0.85)。多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的 方法验算，而应该将多塔结构切分成多个单塔，按 多个单塔结构分别计算。计算方法及程序实现 程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。周期最长的扭振振型对应的就是第一

9、扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1（注意：在某些情况下，还要结合主振型信息来进行判断）。知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范 。 文件WZQ.OUT：结构振动特性 周期、地震力与振型输出文件 (侧刚分析方法) 振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 0.4665 128.67 0.25 ( 0.10+0.15 ) 0.75 2 0.4351 19.25 0.95 ( 0.85+0.11 ) 0.05 3 0.4262 104.29 0.89 ( 0.05+0.84 ) 0.11 4 0.1631 119.98 0.83 ( 0.21+0.62

10、 ) 0.17 5 0.1608 27.03 0.98 ( 0.78+0.20 ) 0.02 6 0.1494 54.48 0.00 ( 0.00+0.00 ) 1.00 地震作用最大的方向 = 4.737 (度) 考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数 振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 4 0.5302 90.56

11、0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94第一振型为扭转考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构” 文件WZQ.OUT ：判断主振型各振型作用下 X 方向

12、的基底剪力及占总基底剪力的比例 振型号 剪力(kN) 比例(%) 1 302.11 9.23 2 2685.85 82.03 3 171.61 5.24 4 28.19 0.86 5 86.25 2.63 6 0.13 0.00显然的主振型三、层间刚度比（输出结果参见WMASS.OUT） 层间刚度比控制的意义新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大。 新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据， 直观的来说,层刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称度. 规范条文1）抗震规范附录E2.1

13、规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度 比不宜大于2；2）高规的4.4.2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临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%；3）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）高规的10.2.3条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录E的规定： E.0.1) 底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时不应大于3

14、，抗震设计时不应大于2。 E.0.2) 底部大空间层数大于一层时，其转换层上部框架-剪力墙结构的与底部大空间层相同或相近高度的部分的等效侧向刚度与转换层下部的框架-剪力墙结构的等效侧向刚度比e宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。 上述所有这些刚度比的控制，都涉及到楼层刚度的计算方法，目前看来，有三种方案可供选择：高规附录E.0.1建议的方法剪切刚度 Ki = Gi Ai / hi高规附录E.0.2建议的方法剪弯刚度 Ki = Vi / i抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议方法 Ki = Vi / ui 新规范软件全部提供这三种算法,用户可以根据需要。具体选择

15、，通常选择第三种算法。四、层间受剪承载力之比 （输出结果参见WMASS.OUT） 层间受剪承载力之比控制的意义避免薄弱层的轻易出现,若不可避免要采取相应措施予以加强。 规范条文 新高规的4.4.3条和5.1.14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级高度不应小于75。计算方法及程序实现1）层间受剪承载力的计算与砼强度、实配钢筋面积等因素有关，在用SATWE软件接PK出施工图之前，实配钢筋面积是不知道的，因此SATWE程序以计算配筋面积代替实配钢筋面积 2）目前的SATWE软件在结构设计信息 （WMASS.

16、OUT）文件中输出了相邻层层间受剪承载力之比的比值，该比值是否满足规范要求需要设计人员人为判断。 五、刚重比（输出结果参见WMASS.OUT ）刚重比控制的意义对结构稳定性的控制,避免建筑在地震时发生倾覆. 。当高层、超高层建筑高宽比较大，水平风、地震作用较大，地基刚度较弱时，结构整体倾覆验算很重要，它直接关系到结构安全度的控制。 规范条文结构刚重比大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算；该结构刚重比大于2.7,可以不考虑重力二阶效应高规 （5.4.1）。 计算方法及程序实现 重力二阶效应即P-效应包含两部分 ：（1）由构件挠曲引起的附加重力效应； （2）由水平荷载产生侧移，重力

17、荷载由于侧移引起的附加效应。 一般只考虑第（2）种，第（1）种对结构影响很小当结构侧移越来越大时，重力产生的福角效应（P-效应）将越来越大，从而降低构件性能直至最终失稳。 对于多层结构 P-效应影响很小。 对于大多数高层结构， P-效应影响将在5%10%之间。 对于超高层结构， P-效应影响将在10%以上。 所以在分析超高层结构时，应该考虑 P-效应影响。(P-效应对高层建筑结构的影响规律:中间大两端小)。 框架为剪切型变形，按每层的刚重比验算结构的整体稳定。 剪力墙为弯曲型变形，按整体的刚重比验算结构的整体稳定。 注意事项 1、结构的整体稳定的调整 当结构整体稳定验算符合高规5.4.4条，或

18、通过考虑P-效应提高了结构的承载力后，对于不满足整体稳定的结构，必须调整结构布置，减少结构的高宽比，提高结构的整体刚度（只有高宽比很大的结构才有可能发生）。 对一些特殊的工业建筑物，在没有特殊要求的情况下，也应满足整体稳定的要求。 2、结构大震下的稳定 第二阶段设计是结构的弹塑性变形验算，对地震下容易倒塌的结构和有特殊要求的结构，要求其薄弱部位的验算应满足大震不倒的位移限制，并采用相应的专门的抗震构造措施。 对于复杂和超限高层结构宜进行第二阶段的设计。 第二阶段的弹塑性变形分析，宜同时考虑结构的P-效应。 为了保证结构大震下的稳定，弹塑性层间位移角应满足下表的要求： 结构类别p 框架结构1/5

19、0框剪、框筒、板柱剪力墙1/100剪力墙结构和筒中筒结构1/120框支层1/120多高层钢结构1/503、结构整体抗倾覆验算 高规与抗规对高层建筑尤其是高宽比大于4的高层建筑的整体抗倾覆提出了更严格的要求。 计算时假定基础及地基均具有足够的刚度，基底反力呈线性分布；重力荷载合力中心与基底形心基本重合（一般要求偏心距不大于B/60）。如为基岩，地基足够刚，MR/MOV要求可是当放松；如为中软土地基，MR/MOV要求还应适当从严。 地震时，地基稳定状态受到影响，故抗震设计时，尤其抗震设防烈度为8度以上地区， MR/MOV要求还要求适当从严；抗风时，可计及地下室周边被动土压力作用，但MR/MOV要求仍应满足规程要求、不宜放松。 当扩大的裙房地下室底板较薄、地下室墙体较少、地下室墙体、顶板开洞削弱较多时，抗倾覆力矩计算的基础底面宽度宜适当减少，或可取塔楼基础的外包宽度计算，以策安全。 剪重比控制 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