摘要：SATWE(SpaceAnalysisofTall-BuildingswithWall-Element)參數(shù)選取是在使用PKPM設(shè)計(jì)軟件對(duì)多層和高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)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(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)而開(kāi)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(wèn)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(shí)受力狀態(tài)。其參數(shù)選取是在使用PKPM設(shè)計(jì)軟件對(duì)多層和高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中所必需涉及的關(guān)鍵工作，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)選取作初步探討。

　　由于篇幅有限，本文僅針對(duì)設(shè)計(jì)中容易出錯(cuò)的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用”。如果SATWE計(jì)算后在計(jì)算書WZQ.OUT輸出的“地震作用最大的方向”絕對(duì)值大于15度，應(yīng)將該角度輸入重新計(jì)算。但是要注意兩點(diǎn)：(1)、改變此參數(shù)時(shí)，地震作用和風(fēng)荷載的方向?qū)⑼瑫r(shí)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(shí)，圖形會(huì)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(qiáng)區(qū)高度的判斷依據(jù)。《抗規(guī)》6.1.10條文說(shuō)明：有裙房時(shí)，加強(qiáng)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(qiáng)區(qū)高度的判斷。規(guī)范針對(duì)裙房的其他相關(guān)規(guī)定，程序并未考慮，需要設(shè)計(jì)者自行完成。

　　3、轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)

　　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(qiáng)部位及轉(zhuǎn)換層上下剛度比的計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整提供信息。對(duì)于水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件和轉(zhuǎn)換柱，還需在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”中對(duì)構(gòu)件屬性進(jìn)行指定。對(duì)于僅有個(gè)別結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，可只在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”中對(duì)構(gòu)件屬性進(jìn)行指定，不需填寫“轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)”，程序?qū)�僅執(zhí)行對(duì)于轉(zhuǎn)換構(gòu)件的設(shè)計(jì)規(guī)定。應(yīng)按PMCAD樓層組裝中的自然層號(hào)填寫。如有地下室，應(yīng)從地下室起算。

　　對(duì)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(hào)

　　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(shí)應(yīng)滿足的要求;6.1.10規(guī)定剪力墻底部加強(qiáng)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(shí)的相關(guān)計(jì)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(shí)，層號(hào)為“地下室層數(shù)+1”。此時(shí)，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(hào)是否需要相應(yīng)修改。(2)如果在基礎(chǔ)頂嵌固時(shí)，嵌固端所在層號(hào)為1。

　　5、對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定

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

　　6、強(qiáng)制剛性樓板假定時(shí)保留彈性板面外剛度

　　主要針對(duì)板柱結(jié)構(gòu)體系。在“強(qiáng)制采用剛性樓板假定”的條件下，是無(wú)法考慮板面外剛度，從而影響到柱內(nèi)力的計(jì)算。此時(shí)，就需要選擇本參數(shù)，彈性板面外剛度仍按實(shí)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(shí)，“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”自動(dòng)轉(zhuǎn)換為“剪力墻結(jié)構(gòu)”;“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”自動(dòng)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(jìn)行設(shè)計(jì);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(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　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(jiǎn)化公式計(jì)算出來(lái)的，一般與實(shí)際情況有些差別，所以通常的做法是：SATWE計(jì)算完成后，查看實(shí)際基本周期，然后回填，重新計(jì)算。

　　2、承載力設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)

　　新規(guī)范修改條文，詳見(jiàn)《高規(guī)》4.2.2條及其條文說(shuō)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(jì)中容易被忽視。以變形縫為界定義多塔時(shí)，程序在計(jì)算各塔的風(fēng)荷載時(shí)，對(duì)設(shè)縫處仍作為迎風(fēng)面，計(jì)算風(fēng)荷載偏大。采用此系數(shù)可以對(duì)設(shè)縫處遮擋面的風(fēng)荷載進(jìn)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(bǔ)充定義”中進(jìn)行指定。

　　三、地震信息

　　1、砼框架抗震等級(jí)、剪力墻抗震等級(jí)、鋼框架抗震等級(jí)

　　砼框架抗震等級(jí)、剪力墻抗震等級(jí)：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(jí)，要根據(jù)框架承擔(dān)的地震傾覆力矩的比例來(lái)確定，詳見(jiàn)《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(shí)，框支柱、底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)宜提高一級(jí)，已為特一級(jí)時(shí)可不提高。詳見(jiàn)《高規(guī)》10.2.6條。

　　鋼框架抗震等級(jí)：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(shuō)明，“計(jì)算單向地震作用時(shí)應(yīng)考慮偶然偏心的影響”，“當(dāng)計(jì)算雙向地震作用時(shí)，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(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，取不利的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)”

　　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(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”。實(shí)際工作中，一般當(dāng)位移比大于1.2時(shí)，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(jì)算輸出結(jié)果里的“地震作用最大的方向”絕對(duì)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(lái)計(jì)算地震作用。

　　四、活荷信息

　　1、柱、墻、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)活荷載

　　《荷載規(guī)》4.1.2條，梁、柱、墻、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，可對(duì)樓面活荷載進(jìn)行折減。

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

　　2、梁活荷不利布置最高層號(hào)

　　《高規(guī)》5.1.8條：高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算中，當(dāng)樓面活荷載大于4kN/m2時(shí)，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(jì)使用年限的樓面活荷載調(diào)整系數(shù)，設(shè)計(jì)使用年限為50年時(shí)取1.0，設(shè)計(jì)使用年限為100年時(shí)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(jì)算中，當(dāng)樓面活荷載大于4kN/m2時(shí)，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(jì)算中未考慮樓面活荷載不利布置時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大樓面梁的計(jì)算彎矩。《高規(guī)》5.1.8條條文說(shuō)明：放大系數(shù)可取1.1~1.3，正負(fù)彎矩同時(shí)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(dòng)計(jì)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(yàn)算時(shí),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(gè)控制開(kāi)關(guān),由設(shè)計(jì)人員決定是否由程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。若選擇由程序自動(dòng)進(jìn)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(xiàng)調(diào)整只對(duì)剪重比和內(nèi)力有影響，而對(duì)周期和位移沒(méi)有影響。

　　5、指定薄弱層個(gè)數(shù)及相應(yīng)薄弱層層號(hào)

　　程序自動(dòng)按剛度比判斷薄弱層并對(duì)薄弱層進(jìn)行地震內(nèi)力放大，但對(duì)豎向構(gòu)件不連續(xù)、承載力突變的樓層，不能自動(dòng)判斷為薄弱層，需要設(shè)計(jì)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(jìn)行0.2Q0調(diào)整，設(shè)計(jì)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(duì)2010版pkpm結(jié)構(gòu)軟件中SATWE部分設(shè)計(jì)參數(shù)選取作初步探討。論文中的不正確的地方，也請(qǐng)廣大建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者不吝賜教。

　　參考資料：

　　《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)軟件用戶手冊(cè)》(2010版)

　　《pkpm結(jié)構(gòu)軟件從入門到精通》楊星編著