淺談SATWE進行結構設計時注意的幾個問題

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摘要：SATWE軟件具有準確、高效的特點，在結構設計中得到了越來越廣泛的運用。本文淺談SATWE進行結構設計時注意的幾個問題。關鍵詞：SATWE特點結構設計PKPM是中國建筑科學研究院研發(fā)的一種設計軟件，現在已廣泛應用于設計領域。而SATWE是應現代多、高層建筑發(fā)展要求而研制的空間結合結構有限于元分析軟件，在運用這種軟件進行結構設計時，有一些問題一直會涉及到，在這里將簡單的談幾點。一、SATWE的特點1、模型化誤差小、分析精度高SATWE采用空間桿單元模擬梁、柱及支撐等構件，用在殼元基礎上凝聚而成的墻元模擬剪力墻。墻元不僅具有墻所在的平面內剛度，也具有平面外剛度，可以較好地模擬工程中剪力墻的實際受力狀態(tài)。對樓板，SATWE給出四種簡化假定：樓板整體平面內無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。在應用中，可根據工程實際情況和分析精度要求，選用其中一種或幾種簡化假定。2、計算速度快SATWE可動態(tài)管理計算機內存資源，所以其在解題能力和速度方面的優(yōu)越性更突出。3、前后處理功能強PMCAD模塊建立后，SATWE讀取其數據，自動將其轉換成空間有限元分析所需的數據格式，并具自動導荷及墻元和彈性樓板單元自動劃分功能。PK、JLQ為SATWE的后處理模塊，在SATWE計算完后，可用PK繪梁、柱施工圖，接JLQ繪剪力墻施工圖，并可進行基礎等其他軟件的設計工作。二、運用SATWE進行結構設計時注意的幾個問題1、接PM生成SATWE數據在PMCAD中已經輸入了結構模型的數據，在SATWE中還要對這些數據進行分析和補充，下面有幾點問題是設計時需考慮到的。由于恒載的特殊性，SATWE軟件將施加荷載的方式分為兩種：“一次性加載”和“模擬施工加載”。其中“模擬施工加載1”方式較好地模擬了在鋼筋混凝土結構施工過程中，逐層加載，逐層找平的過程。“模擬施工加載2”是在1的理論基礎上，將豎向構件的軸向剛度增大10倍，在一定程度上考慮了基礎的不均勻沉降。對于框剪結構而言，外圍框架受力有所增大。剪力墻核心筒受力略有減小，有利于基礎受力更均勻。所以高層建筑一般選擇“模擬施工加載1”，高層框剪基礎宜取“模擬施工加載2”，多層建筑一般選擇“一次性加載”。建筑設計時應考慮抗震的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。體形復雜、平立面不規(guī)則的結構，可在適當部位設置防震縫，或調整平面形狀和尺寸，加強構造措施。不規(guī)則的建筑在計算時采用的是空間結構計算模型，并需進行薄弱層驗算。這在SATWE信息輸入時都要引起注意。在計算地震力時，如果考慮單向地震作用，即用偶然偏心計算，多層規(guī)則的結構可以不考慮。質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向地震作用下的扭轉影響；其他情況，應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。這在抗震規(guī)范和高層建筑混凝土結構技術規(guī)程中都有強制性條文。在調整信息中，有幾個數據的取值是需要注意的。“梁端彎矩調幅系數”一般現澆框架梁取0.8-0.9，裝配整體式框架梁取0.7-0.8.彎矩調幅原因是：鋼筋混凝土結構具有塑性內力重分布性質，在豎向荷載作用下考慮適當降低梁端彎矩，以減少負彎矩鋼筋的擁擠現象。另一個跟梁彎矩有關系的信息是“梁設計彎矩增大系數”，取值為1.0-1.3，但一般都取1.0，是因為已考慮了活荷載的不利布置。“中梁剛度增大系數”的取值要根據梁高和樓板的厚度比較來確定，現澆樓板取值1.3-2.0，一般取2.0，因為在整體式肋形樓蓋中，樓板和梁澆注在一起形成T形截面梁，在承載力計算時整體剛度會有所增大。其余的調整信息，只要查看規(guī)范就很容易確定下來，這里就不再細說。另外一個需要注意的信息是“柱配筋計算原則”。一般第一次計算宜按“單偏壓”計算，然后再按“雙偏壓”來計算角柱，角柱在特殊構件定義中點取，角柱的配筋取兩次計算中的大值。異形柱按“雙偏壓”來計算。“周期折減系數”默認的取值是1.0，這個值應在建筑考慮非承重墻體剛度的影響后進行調整。系數按如下規(guī)定選取，框架結構：磚填充墻多時取0.6-0.7，磚填充墻少時取0.7-0.8；框剪結構：磚填充墻多時取0.7-0.8，磚填充墻少時取0.8-0.9；剪力墻結構取1.0.2、特殊構件補充定義這一步的工作是一定要做的，梁是否鉸結、不調幅梁的點取、角柱的點取等都是要用戶指定，這需要對所設計的建筑物的受力體系有全面、清晰的理解。如梁鉸接的點取與不點取，所配的鋼筋是完全不同的：兩端鉸接的梁完全靠下部鋼筋來承受荷載，下部配筋很大，支座只構造配筋；兩端固接的梁的支座也配有鋼筋，這是由于上部有負彎矩，承受拉力。當雙偏壓計算角柱時，角柱應點取，否則就不按照角柱計算，配筋也不予增大。3、結構分析和構件內力計算這一項要選的參數很少，但對整個結構模型的計算起到關鍵的作用。“層剛度比計算”有三種方法：1.剪切剛度、2.剪彎剛度、3.地震剪力與地震層間位移的比值。方法1按《高規(guī)》給出得方法計算，過于簡單；方法2按有限元方法，通過加單位力來計算，用于轉換層的計算；程序隱含的是方法3，概念和計算均簡單.但未扣除剛體轉角引起的位移。三種方法可能給出差別較大的剛度比結果，所以要根據工程實際情況進行選取。4、分析結果圖形和文本顯示在進行配筋計算與驗算后，即可以得到梁柱的配筋簡圖及一些文本。在查看結果圖形和文本時要注意幾個參數的限值。首先，柱軸壓比限值應滿足《抗規(guī)》6.3.7條的規(guī)定，并查看梁柱的配筋是否超筋，如有超筋就要考慮調整梁柱的截面來調整配筋量。另外，結構整體性能應加以控制：（1）、位移控制：程序輸出結果第一項是構件節(jié)點位移，第二項是層間位移.位移控制是通過控制位移比進行的。計算結果應滿足《抗規(guī)》5.5.1條規(guī)定，出現個別位移比超限時，可查位移的大小，在位移很小的情況下，可不考慮。（2）、周期控制：《抗規(guī)》5.2.5條對樓層最小剪重比做了規(guī)定，X、Y方向的有效質量系數一般不應小于90%.地震作用最大的方向一般控制在15O內，當大于15O時，應將該角度在調整信息中再次輸入，并重新導荷驗算。另外《高規(guī)》的4.3.5條規(guī)定，結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.850.（3）、層剛度比控制：《抗規(guī)》附錄E2.1規(guī)定，筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2；《高規(guī)》的4.4.3條規(guī)定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%；《高規(guī)》的5.3.7條規(guī)定，高層建筑結構計算中，當地下室的頂板作為上部結構嵌固端時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍：《高規(guī)》的10.2.6條規(guī)定，底部大空間剪力墻結構，轉換層上部結構與下部結構的側向剛度，應符合高規(guī)附錄D的規(guī)定。當結構進行薄弱層驗算時，應滿足《抗規(guī)》5.5.5條的彈塑性層間位移角限值的要求。三、結語在建筑結構計算中，SATWE軟件的運用非常廣泛，而設計過程中各種參數的選取對整個結構的受力分析起著關鍵的作用。所以在結構設計時應按照國家規(guī)范正確地選取各個參數，只有這樣，才能設計出合理的結構，保證建筑物的質量。這里，只淺談了SATWE進行結構設計時注意的幾點問題，其實在設計過程中還有很多需要我們注意的問題，這要我們不斷的總結和完善才能使結構設計更加的合理化。