SATWE计算结果的分析与调整

　　提要:在使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发研制的PKPM系列软件中的高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）进行高层结构的配筋计算后，可以得到一些计算结构图形和文本。本文仅以SATWE程序的电算结果，结合现行规范条文的要求，谈谈如何对高层结构电算结果进行判读、分析、控制与调整。
　　关键字：高层建筑，建筑结构，SATWE，电算结果，限值，分析，调整
　　引言:
　　高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）是中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件。根据SATWE电算结果文件，可以方便快捷的对《建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008版）》(以下简称为抗规);《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》(以下简称为高规)中规定一些重要参数的限值，如位移、周期、轴压比、层刚度比、剪重比、刚重比、层间受剪承载力比等的限值进行判读、分析、调整与控制。本文对电算结果中最重要的三个文本输出文件和一个图形输出文
　　件，逐条进行分析。
　　一、结构设计信息WMASS.OUT
　　本文本信息需要分析与调整的主要包括刚度比、刚重比和层间受剪承载力之比。
　　1.1刚度比的控制
　　1.1.1规范条文及其控制意义
　　见《高规》4.4.2、5.1.14条及《抗规》3.4.2条。
　　控制刚度比主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。
　　1.1.2电算结果判读分析
　　剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构（例如一层框支）及地下室嵌固条件的判定，判断地下室嵌固时，依据《高规》5.3.7，地下室其上一层的计算信息中Ratx，Raty结果不应大于0.5。剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构（例如二层以上框支）；通常工程都采用地震剪力与地震层间位移比。在各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息中Ratx1，Raty1结果大于等于1。即满足规范要求。
　　1.1.3不满足时的调整方法
　　应适当加强本层墙柱、梁的刚度，适当削弱上部相关楼层墙柱、梁的刚度。如实在不便调整，SATWE会自动将不满足要求楼层定义为薄弱层，并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
　　1.2刚重比的控制
　　1.2.1规范条文及其控制意义
　　见《高规》5.4.1及5.4.4条。
　　控制刚重比主要为了控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳、滑移、倾覆。
　　1.2.2电算结果判读分析
　　<结构整体稳定验算结果>X向刚重比EJd/GH**2；Y向刚重比EJd/GH**2。结构刚重比EJd/GH**2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EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑《高规》（5.4.1）的
　　重力二阶效应。刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差。
　　1.2.3不满足时的调整方法
　　不满足要求时需改变结构布置，加强墙、柱等竖向构件的刚度，若过分大时，也宜适当减少墙柱等竖向构件的截面面积。
　　1.3层间受剪承载力之比的控制
　　1.3.1规范条文及其控制意义
　　见《高规》4.4.3条及《抗规》3.4.2条。
　　控制层间受剪承载力之比主要为了控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层.
　　1.3.2电算结果判读分析
　　楼层抗剪承载力、及承载力比值Ratio_Bu:X,Y在A级高度时均应不宜小于0.8，不应小于0.65；在B级高度时均应小于0.75。
　　1.3.3不满足时的调整方法
　　应适当加强本层构件的刚度，如提高混凝土强度或加大截面，以提高本层墙柱等抗侧力构件的承载力。如实在不便调整，需在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，SATWE将按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
　　二、周期振型地震力WZQ.OUT
　　本文本信息需要分析与调整的主要包括周期比、剪重比及有效质量系数。
　　计算中应注意当地震作用最大的方向大于15度时，应将该数值回填SATWE“总信息”的“水平力与整体坐标夹角”选项并重新计算。结构基本周期可先保留程序默认值（程序默认值是按《高规》附录B公式B.0.2计算的），待计算后将WZQ.OUT中的第一振型的周期重新填入计算。
　　2.1周期比的控制
　　2.1.1规范条文及其控制意义
　　见《高规》4.3.5条。
　　控制周期比主要为了控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
　　2.1.2电算结果判读方法
　　SATWE程序中的振型是以其周期长短排序的，结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型之后。判断振型是平动还是扭转一般可依据平动系数和扭转系数，但当结构不规则时，还需参看振型图确定扭转是否为局部扭转。确定第一扭转周期与第一平动周期的比A级高度不应大于0.9，B级高度不应大于0.85。
　　2.1.3不满足时的调整方法
　　周期比不满足时，应加强结构外围墙柱、梁的刚度，适当削弱结构中间墙柱的刚度。
　　2.2剪重比及有效质量系数的控制
　　2.2.1规范条文及其控制意义
　　见《高规》3.3.13、5.1.13条及《抗规》5.2.5条。
　　主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。
　　2.2.2电算结果判读方法
　　查看FloorTowerFyVy(分塔剪重比)(整层剪重比)MyStaticFy，WZQ.OUT中按照《抗震规范》5.2.5规定已得出最小剪重比数值（如3.2％）。后面紧跟着有效质量系数需大于90％。剪重比不满足规范要求，说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小；但剪重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
　　2.2.3不满足时的调整方法
　　当剪重比偏小且与规范限值相差较大时，宜调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
　　当剪重比偏小但达到规范限值的80％以上时，可按下列方法之一进行调整：
　　1）在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”，SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。
　　2）在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。
　　3）在SATWE的“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减小系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。
　　当有效质量系数小于90％时，应增加振型组合数以满足大于90％的要求，振型组合数应不大于结构自由度数（结构层数的3倍）。
　　三、结构位移WDISP.OUT
　　本文本信息需要分析与调整的主要包括层间位移角和楼层位移比。这两个量值都必须是在刚楼板假下得出的，弹性楼板条件下得到的值将没有意义。层间位移角计算时只需考虑结构自身的扭转藕联，无需考虑偶然偏心和双向地震；楼层位移比计算时需要考虑偶然偏心，但不考虑双向地震。下面着重位移比进行分析与调整。
　　3.1位移比的控制
　　3.1.1规范条文及其控制意义
　　见《抗规》3.4.2条及《高规》4.3.5条。
　　主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
　　位移比不满足规范要求，说明结构的刚心偏离质心的距离较大，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。
　　3.1.2电算结果判读方法
　　位移比需在刚性楼板假定下计算的，最大位移与层平均位移的比值Ratio-(X),Ratio-(Y)，最大层间位移与平均层间位移的比值Ratio-Dx,Ratio-Dy在A级高度时均不宜大于1.2，不应大于1.5；在B级高度时均不宜大于1.2，不应大于1.4。
　　3.1.3不满足时的调整方法
　　通过调整改变结构平面布置，减小结构刚心与质心的偏心距；调整方法如下：
　　1）由于位移比是在刚性楼板假定下计算的，结构最大水平位移与层间位移往往出现在结构的边角部位；因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构刚心与质心的偏心距。同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
　　2）对于位移比不满足规范要求的楼层，也可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中，快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
　　节点号在“SATWE位移输出文件”中查找。也可找出位移最小的节点削弱其刚度，直到位移比满足要求
　　四、梁弹性挠度、柱轴压比、墙边缘构件简图
　　本图形文件信息需要分析与调整的主要包括墙、柱轴压比。
　　4.1轴压比的控制
　　4.1.1规范条文及其控制意义
　　见抗规6.3.7和6.4.6条，高规6.4.2和7.2.14条
　　控制轴压比主要为限制结构的轴压比，保证结构的延性要求，规范对墙肢和柱均有相应限值要求。轴压比不满足规范要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。
　　4.1.2电算结果判读方法
　　在WPJC*(*为结构层号)中，墙柱构件边白色数字为柱轴压比，绿色数字为墙肢轴压比，若柱、墙肢的轴压比超限，则以红色数字显示。
　　4.1.3不满足时的调整方法
　　增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
　　结语:
　　在高层建筑结构计算中，SATWE软件的应用非常广泛，如何读懂SATWE电算的结果，判断建筑结构模型的合理性，有的放矢的调整计算模型，解决电算结果中不合理的因素，是我们工程设计人员必须要掌握的一门知识。这里，只是浅谈了根据SATWE电算结果文件对现行规范条文规定的一些重要计算参数的限值进行控制调整的方法，这些重要限值的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变，在调整过程中可能相互关联，应注意不要顾此失彼。其实在设计过程中还有很多方面需要我们控制，以设计出合理的结构，保证建筑物的质量。这要我们不断总结和完善才能使结构设计更加的合理化。
　　
　　参考文献
　　[1]中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008版）》，中国建筑工业出版社,2008
　　[2]中华人民共和国行业标准,《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》，中国建筑工业出版社,2002
　　[3]《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（墙元模型）SATWE（08版）用户手册及技术条件》，
　　中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部，2008
　　[4]《PKPM结构软件常见问题剖析》，中国建筑工业出版社，2009