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談SATWE進行結構設計時注意的幾個問題
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。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可動態管理計算機內存資源，所以其在解題能力和速度方面的優越性更突出。
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，不應采用嚴重不規則的設計方案。體形復雜、平立面不規則的結構，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。這在抗震規范和高層建筑混凝土結構技術規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》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》6.3.7條的規定，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》5.5.1條規定，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》5.2.5條對樓層最小剪重比做了規定，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》的4.3.5條規定，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》附錄E2.1規定，筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2；《高規》的4.4.3條規定，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》的5.3.7條規定，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》的10.2.6條
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