试论SATWE(SpaceAnalysisofTall-BuildingswithWall-Element)易错的设计参数的选取

【摘要】一、总信息 1水平力与整体坐标角参数意义：为地震力作用方向或者风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角，逆时针为正。 由、于事先很难估算结构的最不利地震作用方向，所以一般先取0度...

摘要：satwe（spaceanalysisoftall-buildingswithwall-element）参数选取是在使用PKPM设计软件对多层和高层建筑进行结构设计的过程中所必需涉及的关键工作。参数选取的正确与否直接关系到结构计算的准确性，对建筑结构设计的合理性和安全性尤为重要。本文就SATWE部分参数的选取作一个初步探讨。

关键词：SATWE；参数选取

正文：

SATWE是应现代高层建筑发展的要求，专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件，其核心是解决剪力墙和楼板的模型化问题，尽可能地减小其模型化误差，提高分析精度，使分析结果能够更好地反映出高层结构的真实受力状态。其参数选取是在使用PKPM设计软件对多层和高层建筑进行结构设计的过程中所必需涉及的关键工作，对建筑结构设计的合理性和安全性尤为重要。以下就2010版pkpm结构软件中SATWE部分设计参数选取作初步探讨。

由于篇幅有限，本文仅针对设计中容易出错的设计参数做初步探讨。

一、总信息

1水平力与整体坐标角参数意义：为地震力作用方向或者风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角，逆时针为正。

由、于事先很难估算结构的最不利地震作用方向，所以一般先取0度。《抗规》5.1.1-2“有斜交抗侧力构件的结构，当相交角大于15度时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用”。如果SATWE计算后在计算书WZQ.OUT输出的“地震作用最大的方向”绝对值大于15度，应将该角度输入重新计算。但是要注意两点：（1）、改变此参数时，地震作用和风荷载的方向将同时改变。如果只要改变地震作用方向，不改变风荷载的方向，则此处参数不要改变，只在“地震信息”中输入附加地震作用方向即可。（2）、改变此参数时，图形会跟着旋转。

2、裙房层数意义：作为带裙房的塔楼结构剪力墙底部加强区高度的判断依据。《抗规》6.1.10条文说明：有裙房时，加强部位的高度也可以延伸至裙房以上一层，应从结构最底层起算（包括地下室）。裙房层数仅用作底部哩哩啦啦加强区高度的判断。规范针对裙房的其他相关规定，程序并未考虑，需要设计者自行完成。

3、转换层所在层号填写了此参数，程序即判断该结构为带转换层结构。为程序决定底部加强部位及转换层上下刚度比的计算和内力调整提供信息。对于水平转换构件和转换柱，还需在“特殊构件补充定义”中对构件属性进行指定。对于仅有个别结构构件进行转换的结构，可只在“特殊构件补充定义”中对构件属性进行指定，不需填写“转换层所在层号”，程序将仅执行对于转换构件的设计规定。应按PMCAD楼层组装中的自然层号填写。如有地下室，应从地下室起算。对于高位转换的判断，转换层位置以嵌固端起算。4、嵌固端所在层号规范中涉及到嵌固端的条文：《抗规》6.1.3-3规定了地下室作为上部结构嵌固部位时应满足的要求；6.1.10规定剪力墙底部加强部位的确定与嵌固端有关；6.1.14提出了地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时的相关计算要求；《高规》3.5.2-2规定了结构底部嵌固层的刚度比不宜小于1.5。参数选取：（1）当地下室顶板作为嵌固部位时，层号为“地下室层数+1”。此时，应注意：如果修改了地下室层数，应确认嵌固端所在层号是否需要相应修改。（2）如果在基础顶嵌固时，嵌固端所在层号为1。

5、对所有楼层强制采用刚性楼板假定一般仅在计算位移比和周期比时选择，在进行结构内力分析和配筋计算时不选择。SATWE对于地下室楼层总是强制采用刚性楼板假定。

6、强制刚性楼板假定时保留弹性板面外刚度主要针对板柱结构体系。在“强制采用刚性楼板假定”的条件下，是无法考虑板面外刚度，从而影响到柱内力的计算。此时，就需要选择本参数，弹性板面外刚度仍按实际情况考虑。

7、结构体系与旧版相比，增加了“部分框支剪力墙结构”、“单层钢结构厂房”、“多层钢结构厂房”、“钢框架结构”；取消了“短肢剪力墙结构”和“复杂高层结构”。值得注意的是，新版读入旧版数据时，“短肢剪力墙结构”自动转换为“剪力墙结构”；“复杂高层结构”自动转换为“部分框支剪力墙结构”。注意：框架-剪力墙结构中框架承担的地震倾覆力矩。如果框架部分承受的地震倾覆力矩≤结构总地震倾覆力矩的10%，按剪力墙结构进行设计；如果框架部分承受的地震倾覆力矩＞结构总地震倾覆力矩的10%，按框架-剪力墙结构进行设计。

二、风荷载信息

1、X、Y向结构的基本周期程序初始给出的是根据规范里的简化公式计算出来的，一般与实际情况有些差别，所以通常的做法是：SATWE计算完成后，查看实际基本周期，然后回填，重新计算。

2、承载力设计时风荷载效应放大系数新规范修改条文，详见《高规》4.2.2条及其条文说明确定

3、设缝多塔背风面体型系数此参数在设计中容易被忽视。以变形缝为界定义多塔时，程序在计算各塔的风荷载时，对设缝处仍作为迎风面，计算风荷载偏大。采用此系数可以对设缝处遮挡面的风荷载进行扣减。遮挡面（设缝处的背风面）的指定：在“多塔结构补充定义”中进行指定。

三、地震信息

1、砼框架抗震等级、剪力墙抗震等级、钢框架抗震等级砼框架抗震等级、剪力墙抗震等级：多层按《抗规》表6.1.2确定，高层按《高规》3.9节确定。注意：（1）、框架-剪力墙结构中的框架的抗震等级，要根据框架承担的地震倾覆力矩的比例来确定，详见《高规》8.1.3条；（2）部分框架剪力墙结构：当转换层在3层及3层以上时，框支柱、底部加强部位的抗震等级宜提高一级，已为特一级时可不提高。详见《高规》10.2.6条。钢框架抗震等级：按《抗规》8.1.3条确定。

2、考虑偶然偏心考虑偶然偏心：《高规》4.3.3条及条文说明，“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响”，“当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结果进行比较，取不利的情况进行设计”

3、考虑双向地震作用《高规》4.3.2-2条和《抗规》5.1.1-3条：“质量与刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响”。实际工作中，一般当位移比大于1.2时，考虑双向地震作用。

4、斜交抗侧力构件方向附加地震数、相应角度如果SATWE计算输出结果里的“地震作用最大的方向”绝对值大于15度，而且不要改变风荷载的方向，那么需要在此处输入该角度来计算地震作用。四、活荷信息

1、柱、墙、基础设计时活荷载《荷载规》4.1.2条，梁、柱、墙、基础设计时，可对楼面活荷载进行折减。梁折减：在PMCAD中进行；柱、墙、基础折减：在SATWE中进行。注意：此折减仅用于SATWE设计结果的输出。而SATWE传递到JCCAD的内力是没有折减的。

2、梁活荷不利布置最高层号《高规》5.1.8条：高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的结果内力的增大。

3、考虑结构使用年限的活荷载调整系数《高规》5.6.1条，γL为考虑结构设计使用年限的楼面活荷载调整系数，设计使用年限为50年时取1.0，设计使用年限为100年时取1.1。

五、调整信息

1、梁活荷载内力放大系数《高规》5.1.8条：高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的结果内力的增大；当整体计算中未考虑楼面活荷载不利布置时，应适当增大楼面梁的计算弯矩。《高规》5.1.8条条文说明：放大系数可取1.1~1.3，正负弯矩同时放大。如果“活荷信息”里已经考虑了楼面活荷载不利布置，此处应填1。2、薄弱层地震内力放大系数《高规》3.5.8条：1.25；《抗规》3.4.4-2条，不小于1.15。

3、梁刚度放大系数按2010规范取值根据《砼规》5.2.4，自动计算每根梁的楼板的有效翼缘宽度，按照T型截面与梁截面的刚度比例，确定每根梁的刚度系数。

4、按抗震规范第5.2.5条调整各楼层地震力《抗规》表5.2.5规定,抗震验算时,结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于给出的最小地震剪力系数。程序给出了一个控制开关,由设计人员决定是否由程序自动进行调整。若选择由程序自动进行调整,则程序对结构的每一层分别判断,若某一层的剪重比小于规范要求。则相应放大该层的地震作用效应。注意：本项调整只对剪重比和内力有影响，而对周期和位移没有影响。

5、指定薄弱层个数及相应薄弱层层号程序自动按刚度比判断薄弱层并对薄弱层进行地震内力放大，但对竖向构件不连续、承载力突变的楼层，不能自动判断为薄弱层，需要设计者在此指定。

6、0.2V0调整《抗规》6.2.13-1条、《高规》8.1.4条和9.1.11规定，侧向刚度沿竖向分布基本均匀的框架-抗震墙结构和框架-核心筒结构，任一层框架部分的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和按框架-抗震墙结构、框架-核心筒结构分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。程序对框架-抗震墙结构和框架-核心筒结构，将依据规范要求进行0.2Q0调整，设计人员可以指定调整楼层的范围。如果需要人为控制调整系数，可以在SATWE文件SATINPUT.OUT中给出。

以上对2010版pkpm结构软件中SATWE部分设计参数选取作初步探讨。论文中的不正确的地方，也请广大建筑结构设计工作者不吝赐教。

参考资料：

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

《建筑结构荷载规范》GB50009--2001(2006年版)

《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册》（2010版）

《pkpm结构软件从入门到精通》杨星编著