摘要：SATWE(SpaceAnalysisofTall-BuildingswithWall-Element)參數(shù)選取是在使用PKPM設(shè)計軟件對多層和高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中所必需涉及的關(guān)鍵工作。參數(shù)選取的正確與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性尤為重要。本文就SATWE部分參數(shù)的選取作一個初步探討。

　　關(guān)鍵詞：SATWE,參數(shù)選取

　　正文：

　　SATWE是應(yīng)現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的要求，專門為高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計而開發(fā)的基于殼元理論的三維組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，其核心是解決剪力墻和樓板的模型化問題，盡可能地減小其模型化誤差，提高分析精度，使分析結(jié)果能夠更好地反映出高層結(jié)構(gòu)的真實受力狀態(tài)。其參數(shù)選取是在使用PKPM設(shè)計軟件對多層和高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中所必需涉及的關(guān)鍵工作，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性和安全性尤為重要。以下就2010版pkpm結(jié)構(gòu)軟件中SATWE部分設(shè)計參數(shù)選取作初步探討。

　　由于篇幅有限，本文僅針對設(shè)計中容易出錯的設(shè)計參數(shù)做初步探討。

　　一、總信息

　　1水平力與整體坐標(biāo)角

　　參數(shù)意義：為地震力作用方向或者風(fēng)荷載作用方向與結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)的夾角，逆時針為正。

　　由、于事先很難估算結(jié)構(gòu)的最不利地震作用方向，所以一般先取0度。《抗規(guī)》5.1.1-2“有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角大于15度時，應(yīng)分別計算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用”。如果SATWE計算后在計算書WZQ.OUT輸出的“地震作用最大的方向”絕對值大于15度，應(yīng)將該角度輸入重新計算。但是要注意兩點：(1)、改變此參數(shù)時，地震作用和風(fēng)荷載的方向?qū)⑼瑫r改變。如果只要改變地震作用方向，不改變風(fēng)荷載的方向，則此處參數(shù)不要改變，只在“地震信息”中輸入附加地震作用方向即可。(2)、改變此參數(shù)時，圖形會跟著旋轉(zhuǎn)。

　　2、裙房層數(shù)

　　意義：作為帶裙房的塔樓結(jié)構(gòu)剪力墻底部加強區(qū)高度的判斷依據(jù)。《抗規(guī)》6.1.10條文說明：有裙房時，加強部位的高度也可以延伸至裙房以上一層，應(yīng)從結(jié)構(gòu)最底層起算(包括地下室)。裙房層數(shù)僅用作底部哩哩啦啦加強區(qū)高度的判斷。規(guī)范針對裙房的其他相關(guān)規(guī)定，程序并未考慮，需要設(shè)計者自行完成。

　　3、轉(zhuǎn)換層所在層號

　　填寫了此參數(shù)，程序即判斷該結(jié)構(gòu)為帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。為程序決定底部加強部位及轉(zhuǎn)換層上下剛度比的計算和內(nèi)力調(diào)整提供信息。對于水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件和轉(zhuǎn)換柱，還需在“特殊構(gòu)件補充定義”中對構(gòu)件屬性進行指定。對于僅有個別結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，可只在“特殊構(gòu)件補充定義”中對構(gòu)件屬性進行指定，不需填寫“轉(zhuǎn)換層所在層號”，程序?qū)�僅執(zhí)行對于轉(zhuǎn)換構(gòu)件的設(shè)計規(guī)定。應(yīng)按PMCAD樓層組裝中的自然層號填寫。如有地下室，應(yīng)從地下室起算。

　　對于高位轉(zhuǎn)換的判斷，轉(zhuǎn)換層位置以嵌固端起算。

　　4、嵌固端所在層號

　　規(guī)范中涉及到嵌固端的條文：《抗規(guī)》6.1.3-3規(guī)定了地下室作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時應(yīng)滿足的要求;6.1.10規(guī)定剪力墻底部加強部位的確定與嵌固端有關(guān);6.1.14提出了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時的相關(guān)計算要求;《高規(guī)》3.5.2-2規(guī)定了結(jié)構(gòu)底部嵌固層的剛度比不宜小于1.5。參數(shù)選取：(1)當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛榍豆滩课粫r，層號為“地下室層數(shù)+1”。此時，應(yīng)注意：如果修改了地下室層數(shù)，應(yīng)確認(rèn)嵌固端所在層號是否需要相應(yīng)修改。(2)如果在基礎(chǔ)頂嵌固時，嵌固端所在層號為1。

　　5、對所有樓層強制采用剛性樓板假定

　　一般僅在計算位移比和周期比時選擇，在進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析和配筋計算時不選擇。SATWE對于地下室樓層總是強制采用剛性樓板假定。

　　6、強制剛性樓板假定時保留彈性板面外剛度

　　主要針對板柱結(jié)構(gòu)體系。在“強制采用剛性樓板假定”的條件下，是無法考慮板面外剛度，從而影響到柱內(nèi)力的計算。此時，就需要選擇本參數(shù)，彈性板面外剛度仍按實際情況考慮。

　　7、結(jié)構(gòu)體系

　　與舊版相比，增加了“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)”、“單層鋼結(jié)構(gòu)廠房”、“多層鋼結(jié)構(gòu)廠房”、“鋼框架結(jié)構(gòu)”;取消了“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”。值得注意的是，新版讀入舊版數(shù)據(jù)時，“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”自動轉(zhuǎn)換為“剪力墻結(jié)構(gòu)”;“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”自動轉(zhuǎn)換為“部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)”。

　　注意：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中框架承擔(dān)的地震傾覆力矩。如果框架部分承受的地震傾覆力矩≤結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%，按剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計;如果框架部分承受的地震傾覆力矩>結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

　　二、風(fēng)荷載信息

　　1、X、Y向結(jié)構(gòu)的基本周期

　　程序初始給出的是根據(jù)規(guī)范里的簡化公式計算出來的，一般與實際情況有些差別，所以通常的做法是：SATWE計算完成后，查看實際基本周期，然后回填，重新計算。

　　2、承載力設(shè)計時風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)

　　新規(guī)范修改條文，詳見《高規(guī)》4.2.2條及其條文說明確定

　　3、設(shè)縫多塔背風(fēng)面體型系數(shù)

　　此參數(shù)在設(shè)計中容易被忽視。以變形縫為界定義多塔時，程序在計算各塔的風(fēng)荷載時，對設(shè)縫處仍作為迎風(fēng)面，計算風(fēng)荷載偏大。采用此系數(shù)可以對設(shè)縫處遮擋面的風(fēng)荷載進行扣減。遮擋面(設(shè)縫處的背風(fēng)面)的指定：在“多塔結(jié)構(gòu)補充定義”中進行指定。

　　三、地震信息

　　1、砼框架抗震等級、剪力墻抗震等級、鋼框架抗震等級

　　砼框架抗震等級、剪力墻抗震等級：多層按《抗規(guī)》表6.1.2確定，高層按《高規(guī)》3.9節(jié)確定。注意：(1)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架的抗震等級，要根據(jù)框架承擔(dān)的地震傾覆力矩的比例來確定，詳見《高規(guī)》8.1.3條;(2)部分框架剪力墻結(jié)構(gòu)：當(dāng)轉(zhuǎn)換層在3層及3層以上時，框支柱、底部加強部位的抗震等級宜提高一級，已為特一級時可不提高。詳見《高規(guī)》10.2.6條。

　　鋼框架抗震等級：按《抗規(guī)》8.1.3條確定。

　　2、考慮偶然偏心

　　考慮偶然偏心：《高規(guī)》4.3.3條及條文說明，“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響”，“當(dāng)計算雙向地震作用時，可不考慮偶然偏心的影響，但應(yīng)與單向地震作用考慮偶然偏心的計算結(jié)果進行比較，取不利的情況進行設(shè)計”

　　3、考慮雙向地震作用

　　《高規(guī)》4.3.2-2條和《抗規(guī)》5.1.1-3條：“質(zhì)量與剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”。實際工作中，一般當(dāng)位移比大于1.2時，考慮雙向地震作用。

　　4、斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震數(shù)、相應(yīng)角度

　　如果SATWE計算輸出結(jié)果里的“地震作用最大的方向”絕對值大于15度，而且不要改變風(fēng)荷載的方向，那么需要在此處輸入該角度來計算地震作用。

　　四、活荷信息

　　1、柱、墻、基礎(chǔ)設(shè)計時活荷載

　　《荷載規(guī)》4.1.2條，梁、柱、墻、基礎(chǔ)設(shè)計時，可對樓面活荷載進行折減。

　　梁折減：在PMCAD中進行;柱、墻、基礎(chǔ)折減：在SATWE中進行。注意：此折減僅用于SATWE設(shè)計結(jié)果的輸出。而SATWE傳遞到JCCAD的內(nèi)力是沒有折減的。

　　2、梁活荷不利布置最高層號

　　《高規(guī)》5.1.8條：高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算中，當(dāng)樓面活荷載大于4kN/m2時，應(yīng)考慮樓面活荷載不利布置引起的結(jié)果內(nèi)力的增大。

　　3、考慮結(jié)構(gòu)使用年限的活荷載調(diào)整系數(shù)

　　《高規(guī)》5.6.1條，γL為考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限的樓面活荷載調(diào)整系數(shù)，設(shè)計使用年限為50年時取1.0，設(shè)計使用年限為100年時取1.1。

　　五、調(diào)整信息

　　1、梁活荷載內(nèi)力放大系數(shù)

　　《高規(guī)》5.1.8條：高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算中，當(dāng)樓面活荷載大于4kN/m2時，應(yīng)考慮樓面活荷載不利布置引起的結(jié)果內(nèi)力的增大;當(dāng)整體計算中未考慮樓面活荷載不利布置時，應(yīng)適當(dāng)增大樓面梁的計算彎矩。《高規(guī)》5.1.8條條文說明：放大系數(shù)可取1.1~1.3，正負(fù)彎矩同時放大。如果“活荷信息”里已經(jīng)考慮了樓面活荷載不利布置，此處應(yīng)填1。

　　2、薄弱層地震內(nèi)力放大系數(shù)

　　《高規(guī)》3.5.8條：1.25;《抗規(guī)》3.4.4-2條，不小于1.15。

　　3、梁剛度放大系數(shù)按2010規(guī)范取值

　　根據(jù)《砼規(guī)》5.2.4，自動計算每根梁的樓板的有效翼緣寬度，按照T型截面與梁截面的剛度比例，確定每根梁的剛度系數(shù)。

　　4、按抗震規(guī)范第5.2.5條調(diào)整各樓層地震力

　　《抗規(guī)》表5.2.5規(guī)定,抗震驗算時,結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震的剪重比不應(yīng)小于給出的最小地震剪力系數(shù)。程序給出了一個控制開關(guān),由設(shè)計人員決定是否由程序自動進行調(diào)整。若選擇由程序自動進行調(diào)整,則程序?qū)�結(jié)構(gòu)的每一層分別判斷,若某一層的剪重比小于規(guī)范要求。則相應(yīng)放大該層的地震作用效應(yīng)。

　　注意：本項調(diào)整只對剪重比和內(nèi)力有影響，而對周期和位移沒有影響。

　　5、指定薄弱層個數(shù)及相應(yīng)薄弱層層號

　　程序自動按剛度比判斷薄弱層并對薄弱層進行地震內(nèi)力放大，但對豎向構(gòu)件不連續(xù)、承載力突變的樓層，不能自動判斷為薄弱層，需要設(shè)計者在此指定。

　　6、0.2V0調(diào)整

　　《抗規(guī)》6.2.13-1條、《高規(guī)》8.1.4條和9.1.11規(guī)定，側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)，任一層框架部分的地震剪力，不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和按框架-抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值。程序?qū)�框�?抗震墻結(jié)構(gòu)和框架-核心筒結(jié)構(gòu)，將依據(jù)規(guī)范要求進行0.2Q0調(diào)整，設(shè)計人員可以指定調(diào)整樓層的范圍。如果需要人為控制調(diào)整系數(shù)，可以在SATWE文件SATINPUT.OUT中給出。

　　以上對2010版pkpm結(jié)構(gòu)軟件中SATWE部分設(shè)計參數(shù)選取作初步探討。論文中的不正確的地方，也請廣大建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者不吝賜教。

　　參考資料：

　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010

　　《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010

　　《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009--2001(2006年版)

　　《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件用戶手冊》(2010版)

　　《pkpm結(jié)構(gòu)軟件從入門到精通》楊星編著