[PPT]SATWE軟件結(jié)構(gòu)計(jì)算分析講義

1、PKPM結(jié)構(gòu)軟件 學(xué)習(xí)研討會(huì) 新規(guī)范版本合理選擇計(jì)算程序PMCAD軟件：主要用于建模，但其第八項(xiàng)可作磚混結(jié)構(gòu)和底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)中磚混部分的抗震分析計(jì)算。PK軟件：適用于二維框架、排架結(jié)構(gòu)計(jì)算，尤其適用于帶重型吊車的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)。TAT軟件：采用薄壁桿件原理的空間分析軟件，適用于一般多高層建筑設(shè)計(jì)。SATWE軟件：基于殼元理論的空間有限元分析軟件，適用于復(fù)雜多高層建筑設(shè)計(jì)。PMSAP軟件：核心是通用有限元程序，適用于任意空間結(jié)構(gòu)及復(fù)雜多高層建筑設(shè)計(jì)。SATWE軟件計(jì)算結(jié)果分析結(jié)構(gòu)總體性能控制總論位移比和層間位移比周期比層間剛度比層間受剪承載力之比剛重比剪重比一、位移比和層間位移比（輸出結(jié)果參見

2、WDISP.OUT） 位移比控制的意義位移比的大小反映了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同周期比的概念一樣都是為了控制建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)提出的控制參數(shù)。 規(guī)范條文規(guī)范條文： 新高規(guī)4.3.5條規(guī)定，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及高規(guī)第10章所指的復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。在文件WDISP.OUT 中,主要由以下幾個(gè)參數(shù)來控制位移比和層間位移比： Ratio-(X),Ratio-(Y): 最大位移與層平均位移的比值 Ratio-Dx,Ratio

3、-Dy : 最大層間位移與平均層間位移 的比值 Max-Dx/h，Max-Dy/h : X,Y方向的最大層間位移角最大位移： 墻頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大位移平均位移： 墻頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大位移與最小位移 之和除2最大層間位移：墻、柱層間位移的最大值平均層間位移：墻、柱層間位移的最大值與最小值之和除2按照規(guī)范要求的定義，位移比表示為“最大位移/平均位移”，而平均位移表示為“（最大位移+最小位移）/2”，其中的關(guān)鍵是“最小位移”，當(dāng)樓層中產(chǎn)生0位移節(jié)點(diǎn)，則最小位移一定為0，從而造成平均位移為最大位移的一半，位移比為2。則失去了位移比這個(gè)結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的參考意義，所以計(jì)算位移比時(shí)，如果樓層中產(chǎn)生“彈性節(jié)點(diǎn)”

4、，應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”。 層間位移角限值高規(guī)第4.6.3條規(guī)定，按彈性方法計(jì)算的樓層層間最大位移與層高之比u/h 宜符合以下規(guī)定：1、高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h 不宜大于表4.6.3的限值：結(jié)構(gòu)類型u/h 限值框架1/550框剪、框筒、板柱剪力墻1/800筒中筒、剪力墻1/1000框支層1/10002、高度等于或大于250米的高層建筑，其樓層層間最大位移之比u/h 不宜大于1/500；3、高度在150250米之間的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比u/h 的限值按本條第1款和第2款的限值線性插入取用。注：樓層層間最大位移u以樓層最大的水平位移差計(jì)

5、算，不扣除整體彎曲變形?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，本條規(guī)定的樓層位移計(jì)算不考慮偶然偏心的影響。計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn) 位移比的限值是根據(jù)“剛性樓板假定”的條件下確定的，其平均位移的計(jì)算方法，也基于“剛性樓板假定”。 程序中對(duì)每一層都計(jì)算并輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應(yīng)的比值，用戶可以一目了然地判斷是否滿足規(guī)范。 注意事項(xiàng)：復(fù)雜結(jié)構(gòu)的位移控制 復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如坡屋頂層、體育館、看臺(tái)、工業(yè)建筑等，這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高，或者本層根本沒有樓板，此時(shí)如果采用“強(qiáng)制剛性樓板假定”，結(jié)構(gòu)分析嚴(yán)重失真，位移比也沒有意義。所以這類結(jié)構(gòu)可以通過位移的“詳細(xì)輸出”或觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖，來

6、考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)總是伴有大量的越層柱，當(dāng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”后，越層柱將受到樓層的約束，如果越層柱很多，計(jì)算失真。 總之，結(jié)構(gòu)位移特征的計(jì)算模型之合理性，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際出發(fā)，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)采用多種手段。 二、周期比 （輸出結(jié)果參見WZQ.OUT） 周期比控制的意義周期比控制什么？ 如同位移比的控制一樣，周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對(duì)關(guān)系，而非其絕對(duì)大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)過大（相對(duì)于側(cè)移）的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。一句話，周期比控制不是在要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是在要求結(jié)構(gòu)承載布局的合理性。周期比不

7、滿足要求，如何調(diào)整？一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。周期比不滿足要求，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原則是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圈剛度，削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)筒剛度。規(guī)范條文規(guī)范條文：新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動(dòng)為主的第一周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。對(duì)于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)，如下驗(yàn)算周期比: 1） 根據(jù)各振型的平動(dòng)系數(shù)大于0.5，還是扭轉(zhuǎn)系數(shù)大 于0.5，區(qū)分出各振型是扭轉(zhuǎn)振型還是平動(dòng)振型。 2） 通

8、常周期最長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)振型對(duì)應(yīng)的就是第一扭轉(zhuǎn)周 期Tt，周期最長(zhǎng)的平動(dòng)振型對(duì)應(yīng)的就是第一平動(dòng) 周期T1。 3）對(duì)照“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖”，考察第一扭轉(zhuǎn)/平動(dòng) 周期是否引起整體振動(dòng)，如果僅是局部振動(dòng)，不是 第一扭轉(zhuǎn)/平動(dòng)周期。再考察下一個(gè)次長(zhǎng)周期。 4）考察第一平動(dòng)周期的基底剪力比是否為最大。 5）計(jì)算Tt/T1，看是否超過0.9 (0.85)。多塔結(jié)構(gòu)周期比：對(duì)于多塔樓結(jié)構(gòu)，不能直接按上面的 方法驗(yàn)算，而應(yīng)該將多塔結(jié)構(gòu)切分成多個(gè)單塔，按 多個(gè)單塔結(jié)構(gòu)分別計(jì)算。計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn) 程序計(jì)算出每個(gè)振型的側(cè)振成份和扭振成份，通過平動(dòng)系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)可以明確地區(qū)分振型的特征。周期最長(zhǎng)的扭振振型對(duì)應(yīng)的就是第一

9、扭振周期Tt，周期最長(zhǎng)的側(cè)振振型對(duì)應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1（注意：在某些情況下，還要結(jié)合主振型信息來進(jìn)行判斷）。知道了Tt和T1，即可驗(yàn)證其比值是否滿足規(guī)范 。 文件WZQ.OUT：結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性 周期、地震力與振型輸出文件 (側(cè)剛分析方法) 振型號(hào) 周 期 轉(zhuǎn) 角 平動(dòng)系數(shù) (X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 0.4665 128.67 0.25 ( 0.10+0.15 ) 0.75 2 0.4351 19.25 0.95 ( 0.85+0.11 ) 0.05 3 0.4262 104.29 0.89 ( 0.05+0.84 ) 0.11 4 0.1631 119.98 0.83 ( 0.21+0.62

10、 ) 0.17 5 0.1608 27.03 0.98 ( 0.78+0.20 ) 0.02 6 0.1494 54.48 0.00 ( 0.00+0.00 ) 1.00 地震作用最大的方向 = 4.737 (度) 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的振動(dòng)周期(秒)、X,Y 方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù) 振型號(hào) 周 期 轉(zhuǎn) 角 平動(dòng)系數(shù) (X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 4 0.5302 90.56

11、0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94第一振型為扭轉(zhuǎn)考慮周期比限制以后，以前看來規(guī)整的結(jié)構(gòu)平面，從新規(guī)范的角度來看，可能成為“平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)” 文件WZQ.OUT ：判斷主振型各振型作用下 X 方向

12、的基底剪力及占總基底剪力的比例 振型號(hào) 剪力(kN) 比例(%) 1 302.11 9.23 2 2685.85 82.03 3 171.61 5.24 4 28.19 0.86 5 86.25 2.63 6 0.13 0.00顯然的主振型三、層間剛度比（輸出結(jié)果參見WMASS.OUT） 層間剛度比控制的意義新規(guī)范要求結(jié)構(gòu)各層之間的剛度比，并根據(jù)剛度比對(duì)地震力進(jìn)行放大。 新規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)的層剛度有明確的要求，在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌固端、轉(zhuǎn)換層剛度是否滿足要求等等，都要求有層剛度作為依據(jù)， 直觀的來說,層剛度比的概念用來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體的上下勻稱度. 規(guī)范條文1）抗震規(guī)范附錄E2.1

13、規(guī)定，筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度 比不宜大于2；2）高規(guī)的4.4.2條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%；3）高規(guī)的5.3.7條規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍；4）高規(guī)的10.2.3條規(guī)定，底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，應(yīng)符合高規(guī)附錄E的規(guī)定： E.0.1) 底部大空間為一層的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3

14、，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2。 E.0.2) 底部大空間層數(shù)大于一層時(shí)，其轉(zhuǎn)換層上部框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的與底部大空間層相同或相近高度的部分的等效側(cè)向剛度與轉(zhuǎn)換層下部的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比e宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1.3。 上述所有這些剛度比的控制，都涉及到樓層剛度的計(jì)算方法，目前看來，有三種方案可供選擇：高規(guī)附錄E.0.1建議的方法剪切剛度 Ki = Gi Ai / hi高規(guī)附錄E.0.2建議的方法剪彎剛度 Ki = Vi / i抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明中建議方法 Ki = Vi / ui 新規(guī)范軟件全部提供這三種算法,用戶可以根據(jù)需要。具體選擇

15、，通常選擇第三種算法。四、層間受剪承載力之比 （輸出結(jié)果參見WMASS.OUT） 層間受剪承載力之比控制的意義避免薄弱層的輕易出現(xiàn),若不可避免要采取相應(yīng)措施予以加強(qiáng)。 規(guī)范條文 新高規(guī)的4.4.3條和5.1.14條規(guī)定，A級(jí)高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65；B級(jí)高度不應(yīng)小于75。計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn)1）層間受剪承載力的計(jì)算與砼強(qiáng)度、實(shí)配鋼筋面積等因素有關(guān)，在用SATWE軟件接PK出施工圖之前，實(shí)配鋼筋面積是不知道的，因此SATWE程序以計(jì)算配筋面積代替實(shí)配鋼筋面積 2）目前的SATWE軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息 （WMASS.

16、OUT）文件中輸出了相鄰層層間受剪承載力之比的比值，該比值是否滿足規(guī)范要求需要設(shè)計(jì)人員人為判斷。 五、剛重比（輸出結(jié)果參見WMASS.OUT ）剛重比控制的意義對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制,避免建筑在地震時(shí)發(fā)生傾覆. 。當(dāng)高層、超高層建筑高寬比較大，水平風(fēng)、地震作用較大，地基剛度較弱時(shí)，結(jié)構(gòu)整體傾覆驗(yàn)算很重要，它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全度的控制。 規(guī)范條文結(jié)構(gòu)剛重比大于1.4,能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算；該結(jié)構(gòu)剛重比大于2.7,可以不考慮重力二階效應(yīng)高規(guī) （5.4.1）。 計(jì)算方法及程序?qū)崿F(xiàn) 重力二階效應(yīng)即P-效應(yīng)包含兩部分 ：（1）由構(gòu)件撓曲引起的附加重力效應(yīng)； （2）由水平荷載產(chǎn)生側(cè)移，重力

17、荷載由于側(cè)移引起的附加效應(yīng)。 一般只考慮第（2）種，第（1）種對(duì)結(jié)構(gòu)影響很小當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移越來越大時(shí)，重力產(chǎn)生的福角效應(yīng)（P-效應(yīng)）將越來越大，從而降低構(gòu)件性能直至最終失穩(wěn)。 對(duì)于多層結(jié)構(gòu) P-效應(yīng)影響很小。 對(duì)于大多數(shù)高層結(jié)構(gòu)， P-效應(yīng)影響將在5%10%之間。 對(duì)于超高層結(jié)構(gòu)， P-效應(yīng)影響將在10%以上。 所以在分析超高層結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該考慮 P-效應(yīng)影響。(P-效應(yīng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律:中間大兩端小)。 框架為剪切型變形，按每層的剛重比驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。 剪力墻為彎曲型變形，按整體的剛重比驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。 注意事項(xiàng) 1、結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定的調(diào)整 當(dāng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算符合高規(guī)5.4.4條，或

18、通過考慮P-效應(yīng)提高了結(jié)構(gòu)的承載力后，對(duì)于不滿足整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，必須調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，減少結(jié)構(gòu)的高寬比，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度（只有高寬比很大的結(jié)構(gòu)才有可能發(fā)生）。 對(duì)一些特殊的工業(yè)建筑物，在沒有特殊要求的情況下，也應(yīng)滿足整體穩(wěn)定的要求。 2、結(jié)構(gòu)大震下的穩(wěn)定 第二階段設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗(yàn)算，對(duì)地震下容易倒塌的結(jié)構(gòu)和有特殊要求的結(jié)構(gòu)，要求其薄弱部位的驗(yàn)算應(yīng)滿足大震不倒的位移限制，并采用相應(yīng)的專門的抗震構(gòu)造措施。 對(duì)于復(fù)雜和超限高層結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行第二階段的設(shè)計(jì)。 第二階段的彈塑性變形分析，宜同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的P-效應(yīng)。 為了保證結(jié)構(gòu)大震下的穩(wěn)定，彈塑性層間位移角應(yīng)滿足下表的要求： 結(jié)構(gòu)類別p 框架結(jié)構(gòu)1/5

19、0框剪、框筒、板柱剪力墻1/100剪力墻結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)1/120框支層1/120多高層鋼結(jié)構(gòu)1/503、結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算 高規(guī)與抗規(guī)對(duì)高層建筑尤其是高寬比大于4的高層建筑的整體抗傾覆提出了更嚴(yán)格的要求。 計(jì)算時(shí)假定基礎(chǔ)及地基均具有足夠的剛度，基底反力呈線性分布；重力荷載合力中心與基底形心基本重合（一般要求偏心距不大于B/60）。如為基巖，地基足夠剛，MR/MOV要求可是當(dāng)放松；如為中軟土地基，MR/MOV要求還應(yīng)適當(dāng)從嚴(yán)。 地震時(shí)，地基穩(wěn)定狀態(tài)受到影響，故抗震設(shè)計(jì)時(shí)，尤其抗震設(shè)防烈度為8度以上地區(qū)， MR/MOV要求還要求適當(dāng)從嚴(yán)；抗風(fēng)時(shí)，可計(jì)及地下室周邊被動(dòng)土壓力作用，但MR/MOV要求仍應(yīng)滿足規(guī)程要求、不宜放松。 當(dāng)擴(kuò)大的裙房地下室底板較薄、地下室墻體較少、地下室墻體、頂板開洞削弱較多時(shí)，抗傾覆力矩計(jì)算的基礎(chǔ)底面寬度宜適當(dāng)減少，或可取塔樓基礎(chǔ)的外包寬度計(jì)算，以策安全。 剪重比控制 剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是因