1、縱論建筑結構設計新規范與軟件SATWE的合理應用     摘要： 隨著建筑結構新規范全面頒布，新規范工程設計已全面開始，這對于如何在工程設計中正確應用理解規范條文，正確選擇設計軟件及合理選取設計參數顯得尤為重要。     關鍵詞： SATWE 規范    一、前言：    隨著建筑結構新規范全面頒布，新規范在工程設計已全面開始，這對于如何在工程設計中正確應用理解規范條文，正確選擇設計軟件及合理選取設計參數顯得尤為重要。    二、明確幾

2、個概念：    1、“多塔結構”與“分縫結構”的區別：（1）“塔”的概念：這里的塔是個工程概念，指的是四邊都有迎風面且在水平荷載作下可獨自變行的建筑體部。將多個塔建同一個大底盤體部上，叫多塔結構。    （2）多塔結構的定義：對與大底盤多塔結構、巨型框架結構，如果把裙房部分按塔的形式切開計算，則裙房部分誤差較大，且各塔的相互影響無法考慮。因此，程序采用了分塊平面內無限剛的假定以減少自由度，且同時考慮塔與塔的相互影響。對于多塔結構，各剛性樓板的信息程序自動定義。但其包含區域需由用戶定義。    （3）分縫結

3、構：在一個大的建筑體部里，因設伸縮縫、沉降縫、抗震縫，分成了若干小的建筑體部，叫分縫結構。分縫結構與多塔結構區別是四邊中有的邊不是迎風面。    （4）對分縫結構各塊要分開計算。    （5）多塔結構新規范條文注意事項：第一扭轉周期與第一平動周期的比值限值、最大位移平動位移的比值限值，對多塔結構特別注意，目前程序是不對的，不能直接采用，必須將多塔結構分搭計算，方可判斷兩者的比值。    2、“剛性樓板”與“彈性摟板”（1）剛性樓板是是指平面內設定為剛度無限大，內力計算時不考慮平面內外變形，與板厚無關，程序

4、默認樓板為剛性樓板。    （2）彈性摟板：必需以房間為單元進行定義，與板厚有關，分以下三種情況：彈性摟板6：程序真實考慮樓板平面內、外剛度對結構的影響，采用殼單元，原則上適用于所有結構。但采用彈性摟板6計算時，樓板和梁共同承擔平面外彎矩，其結果梁的配筋偏小，樓版承擔的平面外彎矩計算配又未考慮，此外計算工做量大，因此該模型僅適用板柱結構。    彈性摟板3：程序設定樓板平面內剛度為無限大，而僅考慮平面外剛度對結構的影響，采用殼單元，因此該模型僅適用厚板結構。    彈性膜：程序真實考慮樓板平面內剛度，而假

5、定平面外剛度為零。采用膜剪切單元，因此該模型適用鋼樓板結構。    注意：1：彈性摟板僅適用于高層鋼筋混凝土結構。2：不適用于多層鋼筋混凝土結構及鋼結構建筑。3：多層鋼筋混凝土結構及鋼結構建筑中存在有彈性摟板時，可近似的按開洞處理，但要注意人工將荷載分配到周邊梁上。    3、有關振型的幾個概念（1）振型參與系數：每個質點質量與其在某一振型中相應坐標乘積之和與該振型的主質量（或者說該模態質量）之比，即為該振型參與系數。    （2）振型的有效質量：這個概念只對于串連剛片系有效（即基于剛性樓板假定的，不適用

6、于一般構），某一振型的某一方向的有效質量為各個質點質量與該質點在該一振型中相應方向對應坐標乘積之和的平方。    （3）有效質量系數：如果計算時只取了幾個振型，那么這幾個振型的有效質量之和與總質量之比即為有效質量系數。用于判斷參與參與振型數足夠與否，并將用于程序。    （4）振型參與質量：某一振型的主質量（或者說該模態質量）乘以該振型的參振型與系數的平方，即為該振型的振型參與質量。    4、總剛與側剛的概念（1）總剛：就是用結構的總剛陣和與之相對的質量陣按振型疊加法求解結構的周期及振型。結構的總剛陣即

7、為結構靜力分析時形成的結構總剛度矩陣。自由度數為N的高層結構，結構的總剛度矩陣為N階方矩陣，若定義有較大范圍多的彈性樓板或有較多的不與樓板相連構件時，可準確分析出結構每層每根構件的空間反應，可發現結構的剛度突變部位，連接薄弱的構件以及數據有誤的部位。缺點是計算量大，費時長。    （2）側剛：在高層結構分析中，為了提高分析效率，對于引入樓板平面內無限剛或分塊無限剛，平面外剛度為零的假定后，采用一種簡化計算方法，可已大大降低結構的自由度，使得結構每層只有3個獨立的平動自由度，這就是側剛的方法。優點是分析效率高，誤差在允許范圍。    （

8、3）若平面沒有布置彈性樓板且沒有不與樓板相連構件的工程，側剛、總剛的結果是一致的。    5、抗震措施與抗震構造措施概念（1）抗震措施：是指除地震作用計算和抗力計算以外的設計內容，包括建筑總體布置，結構選型，地基抗液化措施，考慮概念設計要求對地震作用效應（內力及變形）的調整，以及各種構造措施。    （2）抗震構造措施：是指根據抗震概念設計的原則，一般不需計算而對結構和非結構各部分所采取的細部構造，如鋼筋錨固、塔接，混凝土保護層，最小配筋率等。“抗震措施”涵蓋了“抗震構造措施”，請注意：抗震等級劃分屬“抗震措施”。 

9、0;  6、有關高層建筑超限的審查規定：建設部第111號令2002年7月25日頒發超限高層建筑工程抗震設管理規定，所謂的超限高層建筑，是指：超出現行規范、規程的適應高度和適應結構類型的高層建筑工程，體型特別不規則的建筑工程，高位轉換層（8度3層以上、7度5層以上）及有關規范、規程規定應當進行抗震專項審查的高層建筑。    注意：取消了對于高寬比超限時審查要求，高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定經濟合理性的宏觀控制。    彈性摟板6：程序真實考慮樓板平面內、外剛度對結構的影響，采用殼單元，原則上適用于所有結構。但采用彈

10、性摟板6計算時，樓板和梁共同承擔平面外彎矩，其結果梁的配筋偏小，樓版承擔的平面外彎矩計算配又未考慮，此外計算工做量大，因此該模型僅適用板柱結構。    彈性摟板3：程序設定樓板平面內剛度為無限大，而僅考慮平面外剛度對結構的影響，采用殼單元，因此該模型僅適用厚板結構。 ）    這對于參數中，梁的剛度取值是否為。    三、設計參數的合理選取    （2）接近或等于分界高度時，應結合房屋不規則程度及場地、地基條件慎重確定抗震等級。    （5）注意

11、：鋼結構、砌體結沒有抗震等級。計算時可選“5”，不考慮抗震構造措施。    2、振型組合數的選取：在計算地震力時，振型個數的選取應是振型參與質量要達到總質量90%以上所需要振型數。但要注意以下幾點：（1）振型個數不能超過結構固有的振型總數，因一個樓層最多只有三個有效動力自由度，所以一個樓層也就最多可選3個振型。如果所選振型個數多于結構固有的振型總數，則會造成地震力計算異常。    （2）對于進行耦聯計算的結構，所選振型數應大于9個，多塔結構應更多些，但要注意應是3的倍數。    （3）對于一個結構所選振型

12、的多少，還必需滿足有效質量系列化大于90%.在WDISP.OUT文件里查看。    3、主振型的判斷；（1）對于剛度均勻的結構，在考慮扭轉耦聯計算時，一般來說前兩個或前幾個振型為其主振型。    （2）對于有有斜交抗側力構件的結構，當大等于150度時，應分別計算各抗力構件方向的水平地震力。此處所指交角是指與設計輸入時，所選擇坐標系間的夾角。    （3）對于主體結構中存在有斜向放置的梁、柱時，也要分別計算各抗力構件方向的水平地震力。    （1）框架結構 0.60.7；框架剪

13、力墻結構0.70.8；剪力墻結構 0.91.0；短肢剪力墻結構 0.80.9.（2）請大家注意：周期折減是強制性條文，但減多少則不是強制性條文，這就要求在折減時慎重考慮，既不能太多，也不能太少，因為折減不僅影響結構內力，同時還影響結構的位移。    8、關于阻尼比：不同的結構有不同的阻尼比，設計者應區別對待：鋼筋混凝土結構：0.05小于12層綱結構：0.03大于12層綱結構：0.035綱結構：0.05    9、關于梁的幾個調整系數（1）剛度調整系數Bk：梁的剛度調整，主要是考慮現澆樓板對梁的剛度貢獻，樓板與梁按T形共同工作。而程序是

14、按矩形取，所以可以考慮梁的剛度放大。一般可取1.52.0，但對預制樓板、板柱結構的等代梁取1.0，注意剛度調整系數對連梁不起作用。    （2）梁端負彎矩調整系數：框架梁在豎向荷載作用下梁端負彎矩調整系數，是考慮梁的塑性內力重分布。通過調整使梁端負彎矩減小，跨中正彎矩加大（程序自動加）。梁端負彎矩調整系數一般取085.注意：1：程序隱含鋼梁為不調幅梁。2：不要將梁跨中彎矩放大系數與其混淆。    10、關于頂部小塔樓放大系數：（1）對于頂部帶有小塔樓的結構，在動力分析中，可能會出現鞭梢效應，即二次共振，這對很不利。實際計算過程中。如果

15、參與振型選的足夠多時，則可不再調整頂部小塔樓的地震力。如果參與振型選的不夠多時，則可按下列要求調整頂部小塔樓的地震力：計算模型 振型個數放大系數非耦聯 3 <=NMODE <6 3.0非耦聯 6<= NMODE<= 9 1.5耦聯 9<= NMODE <12 3.0耦聯 12<=NMODE<=16 1.5（2）對于頂層帶有空曠大房間或為輕鋼結構的房屋，不宜視為突出屋面的小塔樓，并采用底部剪力法乘以憎大系數的方法計算地震作用效應，而應視為結構體系的一部分，用振型分解法計算。       &

16、#160; 11、關于質量偶然偏心：國外多數抗震規范認為，需要考慮由于施工、使用等因素所引起的質量偶然偏心或地震地面運動扭轉分量的不利影響。我國新規范也考慮了這一因素。    注意：對一個不規則結構，帶彈性板的結構應計算兩遍。一是強制樓板“剛性假定”控制位移，二是按真實情況計算地震力、桿件內力。    （3）地震剪力與地震層間位移比值：即抗規建議的方法。，適用于其它多層結構。    注意：1：上述三種方法計算剛度的含義是不同的，差異較大。如果僅有一個標準層的簡單框架結構，按方法1、2計算各層的剛度都相同，

17、按方法3計算各層的剛度不相同。    （3）計算完后設計可打開SATWE文本文件“結構設計信息輸出文件WMASS.OUT文件”，查看是否滿足要求。    （4）高厚比超限的鋼筋混凝土的設計者應特別注意。    （2）方法二：指定地下室水平嵌固層數。如對一個有M層地下室的結構，可指定m（m<=M）層地下室沒有水平位移。    （3）首先按實有地下室層數進行第一次計算，先假設回填土對地下室抗側移側移剛度的比值為3，然后打開SATWE文本文件“結構設計信息輸出文件 WMASS

18、.OUT文件”，查看地下結構與地上一層抗側移側移剛度的比值，如果。地下結構與地上一層抗側移側移剛度的比值>=2.0，則可認為結構在地下室頂板處嵌固。如果。地下結構與地上一層抗側移側移剛度的比值<2.0，則可認為地上結構不能完全嵌固在地下室頂板處，此時建議將嵌固下移至基礎底板處。    注意：1：結構的側剛是結構自身固有的特性，不會因地下室層數的變化而變化。    2：當地下室頂板不能作為嵌固上部結構時，單純將地下室結構加入到上部結構進行計算，即認為嵌固層位置在地下頂板以下或更低，則可能造成結構內力與位移計算結果不符合實際，

19、有時甚至導致薄弱層位置變化等，因此在設計時應將兩種計算結果進行比較，取最不利結果作為設計依據。    3：設計時應注意無論計算是否考慮地下室外回填土對結構的約束作用，地下室外墻在計算時均未考慮土壓力的作用。和用戶手冊有矛盾，請測試    關于阻尼比：不同的結構有不同的阻尼比，設計者應區別對待：鋼筋混凝土結構：0.05小于12層綱結構：0.03大于12層綱結構：0.035綱結構：0.05）    四、地震作用的調整    b.若考慮調整后框架梁柱內力增加過大，可調整文件中的放大

20、系數，程序將按WV02Q.OUT中的系數調整。    e.程序對框剪結構，依據規范要求進行0.2V0調整，設計者可以指定調整樓層范圍，同時，也可人工干預調整系數。    （3）。另外對于“不調幅的梁”、“鉸接梁”、“滑動支座梁”、“剛性梁”、“鉸接件”、“鉸接支撐”、“彈性樓板”、“臨空墻”等均需人工定義。    5.其它構件地震力調整系數如果整個結構的抗震等級確定，則（除特殊要求構件外）各構件的設計內力調整均由程序自動完成，不需人工干預。    五、結構整體性能的控制

21、60;   對于一個建筑結構設計，主要需從以下幾個方面對結構整體性能進行控制：1、水平位移限值（層間位移）    注意：a.樓層層間最大位移以樓層最大的水平位移差計算，不扣除整體彎曲變形。    b.抗震設計時，本條規定的樓層位移計算不考慮偶然偏心的影響。    注意： a、這條要求主要是限制結構平面布置的不規則性；b.若結構中有不與樓板相連的構件或定義了彈性樓板，那么，那么，程序輸出結果與規范要求不同，此時，需要由設計者依據剛性樓板假定條件下的分析結果。  

22、60; c.查看這個比值須是在考慮偶然偏心影響，并強制假設在剛性樓板下的情況下；d.這個不是硬性指標，是計算方法的問題。規范中的各種位移比實際上是來控制結構的扭轉效應不能太大的，扭轉效應只有在剛性樓板的假定下才有意義，可以想象，如果不考慮剛性樓板假定，那么樓板薄弱的地方位移就會偏大些，樓板強的地方位移就會小一些，這些都是局部的變化，用這樣的位移算出來的位移比是毫無意義的，不能反映整個結構的扭轉情況，所以計算位移比時應該在剛性樓板假定的條件下進行。    注意：a.當地下室不能滿足嵌固部位的樓層側向剛度比規定的，有條件的，可增加地下室的側向剛度。 

23、0;  b.沒有條件時，將主體結構的嵌固部位下移至符合要求的部位，如筏形基礎頂面或箱型基礎頂面。    b.大量的工程經驗說明：只要高寬比在規范允許的范圍內，其整體穩定性總是滿足的。但設計時，對于高寬比超限的結構要特別注意。    六、計算結果正確性的判斷    以上這七種比值規范中均有明確要求。    4.另外大家也要注意超配筋信息文件，對超配筋的處理。    七、結束語    高層建筑結構設計中應注重概

24、念設計，重視結構的選型和平、立面布置的規則性，擇優選用抗震和抗風性能好且經濟合理的結構體系，加強構造措施。在抗震設計中，應保證結構的整體抗震性能，使整個結構具有必要的承載力、剛度和延性。應該來講概念設計在初步設計階段特別重要，設計中不能陷入只憑計算的誤區，不要盲目的依賴計算結果。    結構抗震概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數薄弱部位，導致結構過早破壞。現有抗震設計方法的前提之一是假定整個結構能發揮耗散地震能量的作用，在此前題下，才能以多遇地震作用進行結構計算、構件設計并加以構造措施，或采用動力時程分析進行驗算，試圖達到罕遇地震作用下結構不倒塌的目標。對一個結構并非設計得越剛強越好，一個好的設計應該是“結構剛度、承載力、延性、經濟性完美的匹配”。   參考文獻1.建筑抗震設計規定（GB50011-2001）