浅谈结构分析软件SATWE设计中几个参数的调整方法东北9省
摘要：结构设计软件SATWE在结构设计中得到了广泛的应用，它具有准确、高效、后处理强的优点。本文从结构设计软件SATWE中几个参数的调整方法进行探讨，以便结构设计人员在保证结构设计安全合理的基础上提高设计效率关键词：结构设计软件SATWE；参数；调整方法 SATWE软件是中国建筑科学研究院PKPM系列的重要结构分析计算模块，它具有准确、高效、后处理强的优点。它广泛应用于建筑结构计算。结构完成PKPM建模以后，在选取合理的基本设计参数后需要结构设计软件SATWE来进行计算分析。在计算分析时要不断进行试算分析，调整结构布置、构件大小，直至结果满足设计要求。当参数的结果不满足要求时如何调整是结构设计人员关心的问题。本人就结构设计软件SATWE计算中的几个参数的调整方法来谈谈，供设计人员借鉴。 一、轴压比 轴压比：轴压比是指柱（墙）组合的轴压力设计值与柱（墙）的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。它是主要控制框架柱和剪力墙的延性要求，荷载作用下的柱轴压比不能过大，从《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第6.2.15条可以看出，当轴压 力N≥0.9φfcA时，所增加的轴力将由钢筋来承担，很不经济。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6.3.6条、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第6.4.2条、7.3.13条对墙肢和柱均有相应限值要求。轴压比过大，不满足规范要求时，结构的延性要求无法保证，此时说明墙、柱截面偏小，应增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度等级来调整；轴压比过小，不满足结构经济技术指标时，应该通过适当减小相应墙和柱的截面面积来调整。 二、周期比 周期比：周期比是指结构以扭转为主和以平动为主的第一自振周期与第一周期的比值，主要是为控制结构在罕遇地震下产生的扭转效应服务的，能够确保结构具有适宜的抗扭刚度，最大化的降低扭转对结构产生的不利影响，使结构具有一定的抗扭能力。周期比不是要求结构具有足够的刚度，而是要结构刚度布局合理，从而保证结构在地震作用下产生的扭转效应不成为主振动效应，避免结构发生扭转破坏。针对这一方面《高层建筑混凝土结构技术规程》中早就有明确的规定，这也说明了在进行结构设计时需要严格遵循相关规范，才能进一步确保建筑的质量。 针对周期比满足不了相关规范的问题，目前只能通过调整和改变结构的布置，来提 升结构的抗扭刚度。在结构抗性刚度的作用因素当中，结构外围的抗侧力构件发挥的作用最大，因此结构抗扭刚度的总调整策略就是通过加强结构外围墙、柱、梁的刚度来完成的，或者是适当削弱结构中间墙、柱的刚度来实现的。利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，削弱需要增大周期方向的刚度。当结构的第一振型为扭转时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度；当结构的第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的抗侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围的刚度。在进行上述调整的同时，应注意使周期比满足规范的要求。
三、剪重比
剪重比：在多层框架领域，剪重比通常是指底层水平剪力同结构总重力荷载代表值的比。结合剪重比参数可以有效的限制各楼层的最小水平地震剪力，有利于确保使用周期
较长结构的安全。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第5.2.5条及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第4.3.12条提出了结构任一楼层第水平地震剪力的要求。剪重比太小，说明结构的刚度相对于水平地震剪力过小，结构整体偏柔，水平荷载或地震作用下结构将产生过大水平位移或层间位移；当剪重比偏小但与规范限值相差不大（如剪重比达到规范限值的80％以上）时，在SATWE的“调整信息”中勾选“按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)5.2.5调整各楼层地震内力”，SATWE按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)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。当剪重比远远落后于规范标准时，应该适当调整和增强竖向构件，进一步加强墙和柱等竖向构件的刚度。但剪重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，结构整体偏刚，会引起很大地震内力，不经济，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。如剪重比在“有效质量系数”不足90%时，则加大振型数来满足，当“有效质量系数”大于90%时还不满足，则应调整结构方案，修改结构布置，增加结构刚度，而不能单单调大地震作用。 四、层间位移角 层间位移角：即本层层间位移与本层层高之比。主要为限制结构在正常使用条件下 （包括地震作用下）的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第5.5.1条及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.7.3条提出了层间位移角要求。层间位移角不满足规范要求，说明结构的抗侧移刚度不足。层间位移角太大，则说明本层偏柔，应调整梁柱截面大小，增加结构对刚度，减小结构的侧移变形，使其满足规范要求，验算位移角时不需考虑偶然偏心。层间位移角太小，则说明结构的经济技术指标达不到要求，可以通过适当减少墙和柱等竖向构件的截面面积来调整。
五、位移比
位移比：楼层的竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层位移平均值的比值。作为控制结构扭转效应的参数，位移比主要的作用是限制结构平面布置的不规则性，排除结构产生较大扭转效应对结构造成的影响。《建筑抗震规范》（GB50011-2010)第3.4.3条及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.4.5条提出了位移比要求。如果位移比不符合相关规范的要求，则表明结构的抗侧力构件布置不科学，刚心偏离质心的距离过大，产生了较大的扭转效应。由于力的作用，结构在受到水平力作用下会发生扭转，通常最大层间位移会出现在结构的边角部位，可以通过加强结构外围对应位置抗侧力构件的刚
度，来减小结构刚心和结构质心的偏心距。与此同时，在进行结构设计的过程当中，需要确保楼板的刚度。可以借助程序的节点搜索功能，协助工作人员在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”中快速寻到层间位移角当中超过规范限值的节点，积极采取加强此节点一侧对应墙、柱等构件的刚度的措施，全面提升该节点一侧构件的整体刚度。
验算位移比时需注意：1、验算位移比时需考虑偶然偏心；2、位移比控制在1..2以下，超过1.2时需考虑双向地震作用；3、验算位移比时可以选择强制刚性楼板假定；4、构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果，构件设计在弹性楼板下进行分析。
六、刚度比
刚度比是控制结构竖向布置的不规则性和判断薄弱层的重要指标。避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。在规范当中对结构的层刚度作出了明确的要求，而且刚度比还是判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端等依据。
如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE将该楼层定义为薄弱层，相关工作人员可以通过适当降低本层层高，加强本层墙、柱等构件刚度的方法来进行调整。若上下刚度相差不大，可将该楼层应定义为薄弱层，SATWE自动将地震剪力放大1.15倍。
七、楼层受剪承载力比
楼层受剪承载力比：本层受剪承载力同上层受剪承载力的比值。楼层受剪承载力是判断结构竖向布置不规则性是否符合要求的重要依据，通过有效的限制能够有效的规避楼层抗侧力结构受剪承载能力沿竖向发生突变形成薄弱层的现象。应大于1.0。如不满足，则需加大柱截面或混凝土强度等级。《建筑抗震规范》（GB50011-2010)第3.4.3条及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.5.3条提出了楼层受剪承载力比要求。层间受剪承载力比不满足规范要求时可适当提高本层构件强度（如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。在SATWE的“调整信息”栏中到“指定薄弱层个数”窗口，在其中输入要测试的楼层层号，如果强制性的将该楼层定义为薄弱层，那么SATWE将会按规范把该楼层地震剪力放大到原数据的1.15倍。结构竖向规则性不满足规范要求时，应进行罕遇地震下薄弱层弹塑性变形计算。结构在罕遇地震下薄弱层弹塑性变形计算：不超过12层且层刚度无突变的多层框架结构，其结构薄弱层弹塑性层间位移的简化计算可按下列情况计算：如果楼层屈服强度系数是沿高度均匀分布的结构，直接选取底层即可；如果楼层屈服强度系数是沿高度分布不均匀的结构，则需要选取该系数范围内最小或者是相对较
抗原提呈细胞
小的楼层，通常不超过2-3层。?因此，当出现框剪结构上部各层之间间位移角过大的现象时，适当削弱这几层的墙柱刚度能够有效的降低位移角。
fortran编译器 八、有效质量系数
有效质量系数：有效质量系数是判定结构振型数取值以及地震作用是否满足相关要求的重要指标。当有效质量系数大于90%时，表示振型数满足规范要求，当有效质量系数小于90%时，应增加计算的振型数。香河二中
除上述几个参数外，计算时还应调整结构最大地震力方向，当最大地震力方向（角）大于15。时，应附加地震作用角度后重新计算。
总之，结构等参数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，结构设计人员应注意各个参数的变化，不要顾此失彼。如果结构竖向的规则性良好，进行第一次试算时只需要构建一个结构标准层即可，等到结构的周期比、位移比、剪重比、刚重比等都满足了相关要求之后，再逐次添加其它标准层。不仅可以简化建模的过程，还可以减少重复修改的次数，加快建模的速度。
参考文献:
1、高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010
2、建筑抗震设计规范 GB50011-2010英语课文
3、混凝土结构设计规范 GB50010-2010
平移和旋转教学设计 4、结构空间有限元分析软件SATWE 中国建筑科学研究院
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