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SATWE结构整体计算时设计参数的合理选取
时间:2009-09-11 00:00来源:
http://user.qzone.qq.com/36239 作者:admin 点击:4391次
钢材的容重可取为82~92 千牛每立方米。钢材容重增大系数上限值较钢筋混凝土材料大，而竖向荷载不受影响。比较计算分析表明，结构旋转一定角度后，结构的周期和振型都会发生变化。因此建议在结构整体计算时，软件一共给出了四种模拟施工计算方法可供选用。 1.5
SATWE结构整体计算时设计参数的合理选取
姜学诗/中国建筑设计研究院审图所
1 总信息中各项参数的合理选取
1.1 结构材料信息参数
目前，在建筑工程（民用建筑和工业建筑）中，按结构材料分类，广泛应用的结构体系有钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构和钢与混凝土的混合结构四大类。结构材料信息参数可根据具体工程的结构材料类型，在上述四大类结构中选取一种。
1.2 混凝土容重和钢材容重参数
一般情况下，钢筋混凝土材料的容重为25千牛每立方米，钢材容重为78.5千牛每立方米。除了楼（屋）面板板面的建筑装修荷载和板底吊顶或吊挂荷载可以在结构整体计算时通过楼（屋）面“荷载平面图”输入外，梁、柱、墙等构件表面的建筑装修层（包括钢构件表面的防火、防腐蚀涂层或外包轻质防火板材等）的重量，则通过将钢筋混凝土材料或钢材容重乘以增大系数来考虑。根据具体工程的装修情况，钢筋混凝土材料容重的增大系数一般可取 1.04~1.10，钢材容重的增大系数一般可取 1.04~1.18。即结构整体计算时，输入的钢筋混凝土材料的容重可取为 26~27.5 千牛每立方米，钢材的容重可取为82~92 千牛每立方米。钢材容重增大系数上限值较钢筋混凝土材料大，取1.18 左右，主要是还要考虑钢结构构件可能有的加劲肋和构件连接用节点板、拼接板及高强度螺栓等的重量。
1.3 水平力的夹角（Rad）参数
“水平力的夹角（Rad）”参数，实际上是指水平力与整体坐标之间的夹角参数。建筑结构的整体坐标建立后，风荷载和地震力总是沿着坐标轴方向作用。当设计者认为在所设定的坐标系下风荷载和地震力不能使结构处于最不利的受力状态时，则可以让结构沿顺时针方向旋转一个角度，但风荷载和地震力并不随之而变，仍然沿着水平的x向和y向作用，而竖向荷载不受影响。比较计算分析表明，定义水平力的夹角为一大于零的角度后，如果在结构整体计算中选择总刚分析方法，则结构本身的周期、振型等固有特性，即周期值和各周期振型的平动系数和扭转系数不会改变，但平动系数在两个方向的分量会有所改变。 由于侧刚模型是为减少结构的自由度而采取的一种简化计算方法，结构旋转一定角度后，结构简化模型的侧向刚度将随之改变，结构的周期和振型都会发生变化。因此建议在结构整体计算时，在各种情况下均应采用总刚模型，不应采用侧刚模型。地震作用具有极大的不确定性和不可预知性，这主要是指地震发生的时间、地点、强度和特性是不确定的。地球上的任何一个地方都有可能发生地震。地震作用是短时间的动力作用，一次地震的持续时间一般为1min左右，最长也很少超过3min。如四川5•12汶川大地震，地震强烈波动时间长达100s，约为2min。抗震设计时，对同一场地上的同一幢建筑结构而言，由于结构在不同方向上的侧向刚度有差异，地震沿不同的方向作用，结构地震反应的大小一般也不相同。结构的地震反应显然是地震作用方向角的函数，因此，必然存在某个角度使得结构地震反应最大。这个角度称为最不利地震作用方向角，并可以在SATWE软件计算结果文根据抗震规范的要求，当文本文WZQ.OUT 输出的“地震作用最大的方向（角）”大于 15°时，应将这个角度在“水平力的夹角（Rad）”参数项内填入，并重新进行结构整体计算，以体现最不利的地震作用的影响。由于 SATWE 软件对输入的两个不同角度进行计算所得到的结果不能自动取最不利情况，所以设计者需要在两个不同的工作目录下分别计算，然后对计算结果一一比较，取最不利的情况进行结构构件配筋设计。为了简化计算，避免对上述计算结果进行繁重的比较工作，设计者也可以把这个角度作为斜交抗侧力构件地震作用方向之一，即在“斜交抗侧力构件方向的附加地震数”则参数项内，增填这个角度进行结构整体分析，以提高结构的抗震安全性。
1.4 地下室层数
多高层建筑，特别是高层建筑，一般均设有地下室。在结构分析与设计中，上部结构与地下室应作为一个整体进行设计计算。将上部结构与地下室分离计算，或者指定地下室水平嵌固层数（例如，对于一个有二层地下室的结构，在“地下室层数”参数项内若填-1，则表示上部结构嵌固在地下二层顶板部位；若填-2，则表示上部结构嵌固在地下一层顶板部位），均不符合工程实际情况，也无法考虑上部结构在地下室嵌固部位的总水平地震剪力对地下室结构的影响。在用 PKPM 软件建模时，地下室有几层应建几层，并在“地下室层数”参数项内，填入相应的层数数值。根据抗震规范的规定，当地下室顶部不能作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的底板部位通常可满足上部结构的嵌固要求。这时，可将地下室的层数减少一层后进行结构的整体补充计算。结构设计可取上部结构嵌固在地下室顶部和地下一层底部两种情况的包络结果。上部结构嵌固部位的条件和要求及设计注意事项将另行讨论。
1.5 竖向荷载计算信息参数
竖向荷载计算信息，即SATWE软件中的模拟施工计算，软件一共给出了四种模拟施工计算方法可供选用。
1.5.1 一次性加载
这种计算方法实际上是假定结构已经施工完成，后将荷载一次性地加到结构上。由于竖向荷载是一次性地加到结构上，从而造成结构竖向位移偏大。这对于框架-核心筒类结构，由于框架和核心筒的刚度相差较大，使核心筒承受较大的竖向荷载，导致二者之间产生较大的竖向位移差。这种位移差常会使结构中间支柱出现较 大沉降，从而使上部楼层与之相连的框架梁端负弯矩很小或不出现负弯矩，造成配筋困难。所以，目前工程在多数情况下，已很少采用一次性加载方式来进行结构整一次性加载的计算方法仅适合用于低层结构或有上传荷载的结构，如吊柱以及采用悬挑脚手架施工的长悬臂结构等。
1.5.2 模拟施工加载1 这种计算方法也是假定结构已经施工完成，然后再将竖向荷载分层加到结构上。采用这种加载方式与实际情况仍有差别，但结构的竖向位移和位移差较一次性加载有所改善，是比较常用的施工模拟加载方法。
1.5.3 模拟施工加载2
模拟施工加载 2 与模拟施工加载1相比，其主要区别是先将结构的竖向构件刚度放大10倍，然后再按模拟施工加载 1 进行加载，这样做的主要目的是为了削弱竖向荷载按构件刚度的重分配，使柱、墙上分得的轴力比较均匀，接近手算结果，传给基础的荷载更为合理。这种加载方法仅适用于框架—剪力墙类结构基础的指设计。由于将竖向构件的刚度放大10倍依据不足，工程经验又不多，故很少采用。
1.5.4 模拟施工加载3
由于一次性加载及模拟施工加载1和2的加载方法存在与工程实际不相符的情况，SATWE软件在这些加载方法的基础上，增加了模拟施工加载3的竖向荷载计算方法。这种加载方法的主要特点是能够比较真实地模拟结构竖向荷载的加载过程，即分层计算各层刚度后，再分层施加竖向荷载。采用这种加载方法计算出来的结果更符合工程实际。
模拟施工加载1和3的比较计算表明：
（1）框架中柱的轴力，模拟施工加载3的计算结果比模拟施工加载1的稍大，增大量在5%的范围内。
（2）框架角柱的弯矩，模拟施工加载3的计算结果比模拟施工加载1的大，而且增大较多，有的甚至是2倍的关系。
（3）框架梁的弯矩，模拟施工加载3的计算结果也比模拟施工加载1的要大，通常增大量在10%以内。
因此，在进行结构整体计算时，如条件许可，应优先选择模拟施工加载3来进行结构的竖向荷载计算，以保证结构的安全。模拟施工加载3还能改善框架-剪力墙类结构传给基础的荷载的合理性。模拟施工加载3的缺点是计算工作量大。
强调采用模拟施工加载3进行结构竖向荷载计算，并不是说对于所有的结构，都可以采用模拟施工加载3。例如长悬臂结构，当采用悬吊脚手架施工时，采用一次性加载的方法更符合实际情况，(责任编辑：admin)
