第二章 剪切、剪弯、地震力与地震层间位移比三种刚度比的计算与选择
　　(一)地震力与地震层间位移比的理解与应用
　　⑴规范要求：《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条均规定：其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。
　　⑵计算公式：Ki=Vi/Δui
　　⑶应用范围：
　　①可用于执行《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第4.4.2条规定的工程刚度比计算。
　　②可用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。
　　(二)剪切刚度的理解与应用
　　⑴规范要求：
　　①《高规》第E.0.1条规定：底部大空间为一层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2。计算公式见《高规》151页。
　　②《抗震规范》第6.1.14条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。其侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。计算公式见《抗震规范》253页。
　　⑵SATWE软件所提供的计算方法为《抗震规范》提供的方法。
　　⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.1条和《抗震规范》第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算。
　　(三)剪弯刚度的理解与应用
　　⑴规范要求：
　　①《高规》第E.0.2条规定：底部大空间大于一层时，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比γe可采用图E所示的计算模型按公式(E.0.2)计算。γe宜接近1，非抗震设计时γe不应大于2，抗震设计时γe不应大于1.3。计算公式见《高规》151页。
　　②《高规》第E.0.2条还规定：当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60%。
　　⑵SATWE软件所采用的计算方法：高位侧移刚度的简化计算
　　⑶应用范围：可用于执行《高规》第E.0.2条规定的工程的刚度比的计算。
　　(四)《上海规程》对刚度比的规定
　　《上海规程》中关于刚度比的适用范围与国家规范的主要不同之处在于：
　　⑴《上海规程》第6.1.19条规定：地下室作为上部结构的嵌固端时，地下室的楼层侧向刚度不宜小于上部楼层刚度的1.5倍。
　　⑵《上海规程》已将三种刚度比统一为采用剪切刚度比计算。
　(五)工程算例：
　　⑴工程概况：某工程为框支剪力墙结构，共27层(包括二层地下室)，第六层为框支转换层。结构三维轴测图、第六层及第七层平面图如图1所示(图略)。该工程的地震设防烈度为8度，设计基本加速度为0.3g。
　　⑵1～13层X向刚度比的计算结果：
　　由于列表困难，下面每行数字的意义如下：以“/”分开三种刚度的计算方法，第一段为地震剪力与地震层间位移比的算法，第二段为剪切刚度，第三段为剪弯刚度。具体数据依次为：层号，RJX，Ratx1，薄弱层/RJX，Ratx1，薄弱层/RJX，Ratx1，薄弱层。
　　其中RJX是结构总体坐标系中塔的侧移刚度(应乘以10的7次方);Ratx1为本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均刚度80%的比值中的较小者。具体数据如下：
　　1，7.8225，2.3367，否/13.204，1.6408，否/11.694，1.9251，否
　　2，4.7283，3.9602，否/11.444，1.5127，否/8.6776，1.6336，否
　　3，1.7251，1.6527，否/9.0995，1.2496，否/6.0967，1.2598，否
　　4，1.3407，1.2595，否/9.6348，1.0726，否/6.9007，1.1557，否
　　5，1.2304，1.2556，否/9.6348，0.9018，是/6.9221，0.9716，是
　　6，1.3433，1.3534，否/8.0373，0.6439，是/4.3251，0.4951，是
　　7，1.4179，2.2177，否/16.014，1.3146，否/11.145，1.3066，否
　　8，0.9138，1.9275，否/16.014，1.3542，否/11.247。1.3559，否
　　9，0.6770，1.7992，否/14.782，1.2500，否/10.369，1.2500，否
　　10，0.5375，1.7193，否/14.782，1.2500，否/10.369，1.2500，否
　　11，0.4466，1.6676，否/14.782，1.2500，否/10.369，1.2500，否
　　12，0.3812，1.6107，否/14.782，1.2500，否/10.369，1.2500，否
　　13，0.3310，1.5464，否/14.782，1.2500，否/10.369，1.2500，否
　　注1：SATWE软件在进行“地震剪力与地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”;
　　注2：在SATWE软件中没有单独定义薄弱层层数及相应的层号;
　　注3：本算例主要用于说明三种刚度比在SATWE软件中的实现过程，对结构方案的合理性不做讨论。
　⑶计算结果分析
　　①按不同方法计算刚度比，其薄弱层的判断结果不同。
　　②设计人员在SATWE软件的“调整信息”中应指定转换层第六层薄弱层层号。指定薄弱层层号并不影响程序对其它薄弱层的自动判断。
　　③当转换层设置在3层及3层以上时，《高规》还规定其楼层侧向刚度比不应小于相邻上部楼层的60%。这一项SATWE软件并没有直接输出结果，需要设计人员根据程序输出的每层刚度单独计算。例如本工程计算结果如下：
　　1.3433×107/(1.4179×107)=94.74%>60%
　　满足规范要求。
　　④地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端的判断：
　　a)采用地震剪力与地震层间位移比
　　=4.7283×107/(1.7251×107)=2.74>2
　　地下室顶板能够作为上部结构的嵌固端
　　b)采用剪切刚度比
　　=11.444×107/(9.0995×107)=1.25<2
　　地下室顶板不能够作为上部结构的嵌固端
　　⑤SATWE软件计算剪弯刚度时，H1的取值范围包括地下室的高度，H2则取等于小于H1的高度。这对于希望H1的值取自0.00以上的设计人员来说，或者将地下室去掉，重新计算剪弯刚度，或者根据程序输出的剪弯刚度，人工计算刚度比。以本工程为例，H1从0.00算起，采用刚度串模型，计算结果如下：
　　转换层所在层号为6层(含地下室)，转换层下部起止层号为3～6，H1=21.9m，转换层上部起止层号为7～13，H2=21.0m。
　　K1=[1/(1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251)]×107=1.4607×107
　　K2=[1/(1/11.145+1/11.247+1/10.369)×107=1.5132×107
　　Δ1=1/K1 ; Δ2=1/K2
　　则剪弯刚度比γe=(Δ1×H2)/(Δ2×H1)=0.9933
　　(六)关于三种刚度比性质的探讨
　　⑴地震剪力与地震层间位移比：是一种与外力有关的计算方法。规范中规定的Δui不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩Mi产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。
　　⑵剪切刚度：其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高密切相关。但剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。
　　⑶剪弯刚度：实际上就是单位力作用下的层间位移角，其刚度比也就是层间位移角之比。它能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没有考虑上下层对本层的约束。
　　三种刚度的性质完全不同，它们之间并没有什么必然的联系，也正因为如此，规范赋予了它们不同的适用范围。

第三章 短肢剪力墙结构的计算
　　(一)短肢剪力墙结构中底部倾覆力矩的计算
　　⑴规范要求：
　　《高层建筑混凝土结构技术规程》第7.1.2条第2款规定：抗震设计时，筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。
　　⑵TAT与SATWE软件对短肢剪力墙的判断：
　　①TAT软件按双向判断;
　　②旧版SATWE软件按单向判断，新版SATWE软件按双向判断。
　　⑶工程算例
　　①工程概况
　　该工程为一层地下室，第六层(包括地下室)为框支转换层，转换层以上为短肢剪力墙结构，共31层。地震烈度为8度(设计基本地震加速度为0.2g)，框支框架抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为二级、转换层以上结构平面图如下图所示(图略)
　　②TAT和SATWE软件底部地震倾覆力矩计算结果：
　　用TAT计算，Mx短=99548.0、Mx=340276.0、Mx短/Mx=22.63%;My短=103067.2、My=338728.8、My短/My=23.33%。
　　用SATWE旧版计算，Mx短=313757.7、Mx=598817.6、Mx短/Mx=52.40%;My短=266632.3、My=620842.5、My短/My=42.95%。
　　用SATWE新版计算，Mx短=320114.2、Mx=173764.8、Mx短/Mx=35.18%;My短=128251.8、My=353020.7、My短/My=30.95%。
　　(二)带框支结构短肢剪力墙的计算
　　⑴结构体系的选择：复杂高层结构还是短肢剪力墙结构?
　　⑵规范规定
　　①抗震等级：
　　a)复杂高层：当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用，已经是特一级的不再提高。对于转换层的位置设置在3层及3层以下时，不要求提高抗震等级;
　　b)短肢剪力墙：其抗震等级，应比表4.8.2规定提高一级采用。注意，这里不含表4.8.3，这是因为B级高度的高层建筑和9度抗震设计的A级高度的高层建筑，不应采用短肢剪力墙结构。
　　②剪刀墙轴压比：
　　a)复杂高层：剪刀墙轴压比限值不要求降低;
　　b)短胶剪力墙：当抗震等级为一、二、三级时，分别不宜大于0.5、0.6、0.7;对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力培，其轴压比限值相应降低0.1。
　　③内力计算：
　　a)复杂高层：特一、一、二级落地剪力培底部加强部位的弯矩设计值，应按墙体底截面有地震组合的弯矩值乘以增大系数1.8、1.5、1.25;其剪力设计值，应按规程第7.2.10条的规定调整，特一级应来以增大系数1.9;
　　b)短肢剪力墙：除底部加强部位应按规程第7.2.10条的规定调整外，其他各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。
　　注意：短肢剪力墙并没有要求对底部加强部位的弯矩设计值按照复杂高层那样乘以放大系数。
　④配筋率：
　　a)复杂高层：底部加强部位墙体水平和竖向分布筋最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3%;
　b)短肢剪力墙：其截面的全部纵向钢筋的配筋率，底剖加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%。
　　注意：对于配筋率，规范对“复杂高层”和“短肢剪力墙”这两种结构体系的要求是不一样的。前者强调的是水平和坚向分布筋的配筋率，而后者强调的是纵向钢筋的配筋率
　　⑤底部加强部位高度：
　　a)复杂高层：剪力墙底部加强部位高度取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值;
　　b)短肢剪力墙：其底部加强部位高度并没有特殊要求，仅仅是墙肢总高度的1/8和底部二层两者的较大值。
　　⑶工程算例
　　①工程概况：某高层带短肢剪力墙的框支结构，共31层(包括一层地下室)。该工程的第6层(地下室为第1层)为框支转换层，转换层以上为短肢剪力墙结构。地震烈度为7度(设计基本地震加速度为0.15g)，框支框架的抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为二级。
　　(图略)
　　②计算结果分析：两种结构体系的计算结果如表1和表2所示：
　　--------------------------------
　　表1“短肢剪刀墙”结构体系计算分析结果
　　楼层/第3层/第3层/第7层/第7层/第11层/第11层/
　　剪力墙类别/短剪墙3/普剪墙3/短剪墙7/普剪墙7/短剪墙11/普剪墙11/
　　抗震等级/特一级/一级/一级/一级/一级/二级/
　　M1(kn-m)/-168(1)/160(1)/807(37)/402(1)/286(39)/121(1)/
　　N1(kn)/-3372(1)/-15677(1)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/
　　As(mm2)/9898(1)/14700(1)/1600(37)/2875(1)/678(39)/1280(1)/
　　ρSV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/
　　V2(kn)/564(31)/-6401(39)/56(1)/140(1)/307(35)/9(1)/
　　N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-4546(1)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/
　　Ash(mm2)/324.9(31)/547.1(39)/200(1)/125(1)/233.7(35)/100(1)/
　　N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/
　　Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/
表2“复杂高层”结构体系计算分析结果
　　楼层/第3层/第3层/第7层/第7层/第11层/第11层/
　　剪力墙类别/短剪墙3/普剪墙3/短剪墙7/普剪墙7/短剪墙11/普剪墙11/
　　抗震等级/一级/一级/二级/一级/二级/二级/
　　M1(kn-m)/-168(1)/26595(39)/840(37)/402(1)/238(39)/121(1)/
　　N1(kn)/-3372(1)/-7209(39)/-949(37)/-15183(1)/-457(39)/-9136(1)/
　　As(mm2)/9898(1)/15315(39)/1600(37)/2875(1)/2039(39)/1280(1)/
　　ρSV(%)/1.82/1.82/2.01/2.01/0.8/0.8/
　　V2(kn)/475(31)/-6401(39)/407(41)/140(1)/220(35)/9(1)/
　　N2(kn)/-3191(31)/-7209(39)/-1199(41)/-15183(1)/-1615(35)/-9136(1)/
　　Ash(mm2)/202.8(31)/547.1(39)/200(41)/125(1)/100(35)/100(1)/
　　N3(kn)/-2895/-13483/-3913/-13057/-1271/-7851/
　　Uc/0.48/0.32/0.43/0.34/0.45/0.45/
　　-------------------------------
　　表3 荷载组合分项系数
　　组合号/ VD / VL / WX / WY / EX / EY / EV /
　　1 /1.35/0.98/0.00/0.00/0.00/0.00/0.00/
　　31 /1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/
　　35 /1.20/0.60/0.00/-0.28/0.00/1.30/0.00/
　　37 /1.00/0.50/-0.28/0.00/-1.30/0.00/0.00/
　　38 /1.00/0.50/0.00/0.28/0.00/1.30/0.00/
　　39 /1.00/0.50/0.00/-0.28/0.00/-1.30/0.00/
　　41 /1.00/0.50/-0.28/0.00/1.30/0.00/0.00/
　　-----------------------------
　　a)抗震等级：从表中看不一样。
　　b)内力分析：由表中看出，这两种体系的内力计算结果非常复杂，即使是同一片墙在不同的结构体系控制工况下其结果也不一样。按“使杂高层”计算阿“普剪墙3”的“M1”值，远远大于按“短肢剪力墙”计算的“普剪墙3”’的“M1”值。这主要是因为SATWE软件在进行工况组合时，当发现所有工况组合计算的配筋面积均小于构造配筋面积时，程序仅按第一种工况组合输出内力和工况号(即恒十活);只有当发现控制工况组合计算的配筋面积大于构造配筋面积时，才按最大控制工况组合输出内力和工况号。
　　再从两个表中“短剪墙3”的“V2”计算过程进行分析，规范规定，短胶剪力墙底部加强部位的剪力应按规程第7.2,10条的规定调整，一级为1.6，特一级为1.9，我们结合上面的两个计算表，验证如下：
　　475×(1.9/1.6)=564 (kn)
　　其计算结果正好为“短肢剪力墙计算表”中的“V2”值。可见，程序考虑了规范的规定。同样，程序也考虑了“短肢剪力培”结构体系非底部加强部位一、二级抗震等级应分别来以增大系数1.4和1.2的要求(“短肢剪力墙计算表”中第十一层的“短剪墙3”，其 V2=220×1.4=308(kn)。
　　c)配筋率：
　　只有定义了“短股剪力墙”结构，SATWE程序才对自动判断的短肢剪力墙，其截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位不宜小于1.2%，其他部位不宜小于1.0%，而“复杂高层”却无此功能。
　　构造边缘构件为何也输出体积配箍率?
　　根据《高规》7.2.17条规定：抗震设计时，对于复杂高层建筑结构、混合结构、框架-剪力墙结构、简体结构以及B级高度的剪力墙结构中的剪力墙，其构造边缘构件的配箍特征值λV不宜小于0.1。由于程序没有判断A级高度和B级高度的功能，所以程序不论约束边缘构件还是构造边缘构件，均统一输出体积配箍率。
　　⑷其他注意事项：
　　a)设计人员在“特殊构件补充定义”里的【抗震等级】中定义了抗震等级后，程序将按设计人员定义的抗震等级进行设计，不再自动提高。
　　b)对于非框支框架的框架结构，可以按规范规定，将地下一层以下的竖向构件的抗震等级定义为三级或四级的结构，其抗震等级均需设计人员人为定义，程序不能自动判断。
　　c)《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.2.13条的各项规定，程序目前没有执行。

第十九章　其他问题
（一）结构周期比的计算
⑴结构第一平动振型的选择
①根据工程具体情况，确定平动系数所占百分比；
②结构空间振型图中所显示的振动为整体平动；
③该振型所对应的地震剪力值为最大。
⑵结构第一扭转振型的选择
①根据工程具体情况，确定扭转系数所占百分比；
②结构空间振型图中所显示的振动为整体扭转。
⑶将第一扭转振型的所对应的周期值与第一平动振型所对应的周期值相比即得周期比。

（二）为什么SATWE软件在调整0.2Q0系数时要默认最大值为2.0？如果想突破最大默认值
该怎么办？
SATWE软件在调整0.2Q0系数时将最大值默认为2.0主要是为了避免出现各层地震剪力都一样的情况，从而使计算结果失真。
此外，如果不控制最大值，也可能使某些层的构件内力过大而无法设计。
如果设计人员想突破该默认值的限制，可以直接建立0.2Q0文件（文件名为SATINPUT.02Q），程序合自动读取设计人员输入的调整系数。

（三）为什么有时候弹性楼板下的位移值小于刚住楼板下的位移值？
产生这种情况的主要原因是由于设计人员定义了弹性板6，当其结构的变形由面外变形控制时，由于定义了弹性板6，其面外刚度大于刚性板的面外刚度，则位移就减小。当某结构的变形由面内变形控制时，弹性板6的面内刚度小于刚性板的面内刚度，则位移就增大。

（四）模拟施工1、模拟施工2和一次性加载三者之间的联系与区别？
高层建筑结构当竖向恒载一次加上时，其上部的竖向位移往往偏大，为了协调如此大的竖向位移，有时会出现拉柱或架没有负弯矩的情况。而在实际施工中，竖向荷载是一层一层作用的，并在施工中逐层找平，下层的变形对上层基本上不产生影响。结构的竖向变形在建造到上部时已经完成得差不多了，因此不会产生一次性加荷所产生的异常现象。程序对竖向恒载作用专门做了处理，可以考虑施工加荷的这种因素。
施工模拟1：它就是上面说的考虑分层加载、逐层找平因素影响的算法；
施工模拟2：将竖向构件（柱、墙）的刚度放大10倍后再做施工模拟l。采用算法2时，计算出的传给基础的力较为均匀合理，可以避免墙轴力远大于往轴力的不合理情形。由于竖向构件的刚度放大，将使得水平梁的两端竖向位移差减小，从而其剪力减小，这样就削弱了楼面荷载因刚度不约而导致的重分配，所以施工模拟2的荷载分配结果，更接近千手算结果。
一次性加载：各种荷载一次性加到结构中。

（五）如果地震加速度值不是规范规定中的值该怎么办？
对于地震加速度值不是规范中规定的值的这种情况，一般在地震报告中都会提供地震最大影响系数α值，设计人员只要在SATWE软件中将该值输入进去即可。

（六）混凝土柱的单、双偏压计算该如何选择？
从理论上讲，所有的柱的受力状态都是双偏压。但规范并没有要求所有的政柱都按双偏压计算。是否应按双偏压计算应根据规范决定。比如《高层建筑混凝土结构技术规程》第6.2.4条规定，角柱应按双向受力构件进行正截面承载力设计。
目前的SATWE软件提供了两种方式计算双偏压。第一种是在“设计信息”里按双偏压计算，这种方法计算出来的值多解，而且计算结果较大；第二种是设计人员可以先按单偏压计算，然后再在“分析结果图形和文本显示”中按双偏压验算。这种方法得出的计算值是唯一的，而且结果也不大。
一般来讲，该结构能够通过双偏压验算也就可以了。

（七）梁柱重叠部分简化为刚域该如何选择？
“梁柱重叠部分简化为刚域”此项选择对结构的刚度、周期、位移、梁的内力计算等均会产生一定的影响，尤其是梁的

弯矩值。
一般而言，对于异型柱结构，宜采用“梁柱重叠部分简化为刚域”，对于矩形柱结构，可以将其作为一种安全储备而不

选择它。

（八）结构振型数的选取
振型组合数既不能大小，也不能过大，取值太小不能正确反映模型应当考虑的地震振型数量，使计算结果失真；取值太

大，会消耗掉很多计算机资源。《高规》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数

县计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。
一般而言，振型数的多少与结构层数及参与质量贡献的结构自由度数有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，

振型数也应取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式，但振型组合数应不大于有质量贡献的结构自由度数

。
振型组合数是否取值合理，可以看SATWE计算书（文件名为WZQ.OUT）中的X、Y向的有效质量系数是否大于0.9。若小于

0.9，可逐步加大振型个数，直到X和Y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。
必需要指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构有质量贡献的总自由度数。例如对采用刚

性板假定的单塔结构，考虑扭转耦联作用时，其振型数不
得超过结构层数的三倍。如果该结构的振型组合数已经增加到结构层数的三倍后，其有效质量系数仍不能满足要求，此

时设计人员应该认真分析原因，考虑结构方案是否合理。