关于SATWE中计算参数选取的探讨

关于SATWE中主要计算参数选取的探讨

1 前言

SATWE（space analysis of tall-building with wall-elements ）是应现代多、高层建筑发展要求专门为多、高层建筑设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。SATWE的核心工作就是要解决剪力墙和楼板的模型化问题，尽可能减小其模型化误差， 本软件采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，用在壳元上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，对于楼板则分为整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板四种情况。

2 SATWE中主要计算参数的选取依据

进行结构计算时，如何能够合理地运用各项参数，判断结构模型的合理性，需要工程设计人员对计算参数的选取依据进行深入的了解。现就简单介绍几个主要参数的选取依据。

2.1水平力与整体坐标的夹角

水平力主要有水平地震作用和风力作用，其作用方向与结构整体坐标的夹角一般采取0度，逆时针为正。当平面复杂（如L形、三角形）或抗侧力结构非正交时，需要进行多方向侧向力验算时，应分别按各抗侧力构件方向角计算一次。程序在形成SATWE 数据文件时，自动考虑此参数的影响。当结构计算所得WZQ.OUT 文件中[地震作用最大的方向]＞15 度时，应将其角度输入重新进行计算，以体现最不利地震作用的影响。“水平力与整体座标夹角”与“地震信息”栏中 “斜交抗侧力构件附加地震角度” 不同，“水平力”不仅改变地震力而且同时改变风荷载的作用方向；而“斜交抗侧力”仅改变地震力方向。

2.2 计算振型数的确定

计算振型数的多少与结构的复杂程度、结构层数及结构形式有关，依据抗震规范条文说明，振型数一般可以取振型参与质量达到总质量90%时所需的振型数，即参与计算振型的“有效质量系数”应≥90％，计算后查看结果，如果不满足则增加振型数量，重新计算。对于耦联的情况，振型数应取3的倍数且≤3倍层数；对于非耦联的情况则振型数≤层数。

2.3 偶然偏心和双向地震扭转效应

偶然偏心是指由偶然因素引起的结构质量分布的变化，这会导致结构固有振动特性的变化。偶然偏心是计算单向地震作用时须考虑的重要因素，其与双向地震作用根据结构平面的规则性进行选取。位移比是控制结构平面规则性的重要指标。应先根据计算结果中的位移比判断结构平面是否规则。

SATWE中多层建筑一般情况下不用考虑偶然偏心的影响，对于高层建筑则依据《高层建筑混凝土结构技术规程》条款，应先考虑偶然偏心的影响，然后在满足“全楼强制采用刚性楼板”的前提下计算位移比，当计算结果的位移比＞1.2则视为不规则结构，应考虑双向地震扭转效应。

2.4 竖向荷载计算信息

关于竖向荷载信息SATWE软件中提供了四种选项，实际上只有三种选项。

（1）[一次性加载] 假定结构已经施工完形成整体，结构的竖向荷载一次性全部加到结构上，然后计算结构的内力和变形，该模型特点是结构个点变形协调且内力平衡。但该模型没有考虑到竖向荷载在施工过程中是逐层形成的，过高的估计了竖向构件轴向变形的影响，容易导致构件内力与实际受力相差较大，一般用于多层建筑中。

（2）[模拟施工加载1] 采用结构施工完成后分层加载的模型，该模型假定在结构的某一层加载时影响该层及以下各层变形，但不影响其上各层的变形，该模型避免了[一次性加载]中竖向构件轴向变形差异较大的缺点，但该模型采用的结构刚度矩阵是整体结构刚度矩阵，因此由分层加载求解构件内力时结构各节点的弯矩无法满足平衡条件,依据《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.9款“高层建筑进行重力荷载作用效应分析时，柱、墙的轴向变形宜考虑施工过程的影响。”该模型适用于高层混凝土建筑中。

（3）[模拟施工加载2] 同[模拟1]一样采取整体结构分层加载模型，但该模型为了削弱竖向荷载按照刚度的重分配，将结构竖向构件的刚度放大10倍，使传给基础的荷载较为合理。目前该模型只是经验性处理方法，理论上并不严密，较少采用，一般用于框-剪、框-筒结构的基础设计中。

2.5 刚性楼板的假定

刚性楼板假定是板在其平面内刚度无限大，平面外刚度忽略不计，这一假定减少了结构位移自由度，使结构在每层板内只有三个公共自由度dx、dy和θz，简化了计算方法。其中最大层间位移、位移比是刚性楼板假设的控制参数，依据《高层建筑混凝土结构技术规程》在进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内无限刚性，这样平均位移才能计算准确，位移比也比较合理。模型建好后，如果没有对该房间定义为“弹性楼板”，则程序自动按“刚性楼板假定”分析。该情况下无论是否选取“刚性楼板假定”其位移计算结果是一样的。但这仅用于位移计算。当进行结构配筋设计时则不应采取“刚性楼板假定”，该情况计算的构件比较准确。

当楼板不规则、开大洞、不连续时，按楼板弹性膜假定再计算一次，并按弹性膜结果配筋，即计算构件内力与配筋时不应选择“强制性刚性楼板假定”，如果选中该项则在“特殊构件补充定义”中定义的弹性楼板将不起作用。

该假定认定楼板平面外刚度为0，忽略了楼面梁有效翼缘对平面外刚度的贡献，计算结果使结构总刚度偏小，周期加长，吸引的地震作用小，偏于不安全，依据《混凝土结构设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》规定采取梁的刚度增大系数来考虑楼板平面外刚度，对于现浇楼板取1.3～2.0，对于装配式楼板取1.0。

2.6 柱配筋的计算原则

在SATWE参数中柱配筋的计算原则有两种：单偏压和双偏压，这两种原则根据轴向力受力点与形心主轴的偏心数量区分。依据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定整体计算时应采取单偏压的形式进行计算，角柱、异形柱则采取双偏压进行计算。对于角柱，可在特殊构件中进行定义，程序则自动按双偏压进行计算。

这两种原则的计算方法也不同，单偏压在计算配筋时，计算X方向配筋时不考虑Y向钢筋的作用，计算结果具有唯一性；而双偏压相反，双偏压在计算X方向的配筋时要考虑与Y向钢筋叠加，配筋计算时会多达几十种组合，每一种组合都会产生不同的X向和Y向配筋，计算结果具有不唯一性。

3 结束语

SATWE是结构计算程序化的一种方式，其计算参数的选取依据于结构设计中有关的规范及技术规程。因此，我们应在熟悉参数的基础上对有关的规范及技术规程进行深入的了解。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/17aaa33131126edb6f1a10a0.html