浅论以SATWE进行结构设计注意的问题

SATWE软件具有准确、高效的特点,在结构设计中得到了越来越广泛的运用。本文浅谈SATWE进行结构设计时注意的几个问题。

一、SATWE的特点

1、模型化误差小、分析精度高

SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等构件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。墙元不仅具有墙所在的平面内刚度,也具有平面外刚度,可以较好地模拟工程中剪力墙的实际受力状态。对楼板,SATWE给出四种简化假定:楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板。在应用中,可根据工程实际情况和分析精度要求,选用其中一种或几种简化假定。

2、计算速度快

SATWE可动态管理计算机内存资源,所以其在解题能力和速度方面的优越性更突出。

3、前后处理功能强

PMCAD模块建立后,SATWE读取其数据,自动将其转换成空间有限元分析所需的数据格式,并具自动导荷及墙元和弹性楼板单元自动划分功能。PK、JLQ为SATWE的后处理模块,在SATWE计算完后,可用PK绘梁、柱施工图,接JLQ绘剪力墙施工图,并可进行基础等其他软件的设计工作。

二、运用SATWE进行结构设计时注意的几个问题

1、接PM生成SATWE数据

在PMCAD中已经输入了结构模型的数据,在SATWE中还要对这些数据进行分析和补充,下面有几点问题是设计时需考虑到的。由于恒载的特殊性,SATWE软件将施加荷载的方式分为两种:“一次性加载”和“模拟施工加载”。其中“模拟施工加载1”方式较好地模拟了在钢筋混凝土结构施工过程中,逐层加载,逐层找平的过程。“模拟施工加载2”是在1的理论基础上,将竖向构件的轴向刚度增大10倍,在一定程度上考虑了基础的不均匀沉降。对于框剪结构而言,外围框架受力有所增大。剪力墙核心筒受力略有减小,有利于基础受力更均匀。所以高层建筑一般选择“模拟施工加载1”,高层框剪基础宜取“模拟施工加载2”,多层建筑一般选择“一次性加载”。

建筑设计时应考虑抗震的要求,不应采用严重不规则的设计方案。体形复杂、平立面不规则的结构,可在适当部位设置防震缝,或调整平面形状和尺寸,加强构造措施。不规则的建筑在计算时采用的是空间结构计算模型,并需进行薄弱层验算。这在SATWE信息输入时都要引起注意。

在计算地震力时,如果考虑单向地震作用,即用偶然偏心计算,多层规则的结构可以不考虑。质量和刚度分布明显不对称的结构,应计入双向地震作用下的扭转影响;其他情况,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。这在抗震规范和高层建筑混凝土结构技术规程中都有强制性条文。

在调整信息中,有几个数据的取值是需要注意的。“梁端弯矩调幅系数”一般现浇框架梁取0.8-0.9,装配整体式框架梁取0.7-0.8.弯矩调幅原因是:钢筋混凝土结构具有塑性内力重分布性质,在竖向荷载作用下考虑适当降低梁端弯矩,以减少负弯矩钢筋的拥挤现象。另一个跟梁弯矩有关系的信息是“梁设计弯矩增大系数”,取值为1.0-1.3,但一般都取1.0,是因为已考虑了活荷载的不利布置。“中梁刚度增大系数”的取值要根据梁高和楼板的厚度比较来确定,现浇楼板取值1.3-2.0,一般取2.0,因为在整体式肋形楼盖中,楼板和梁浇注在一起形成T形截面梁,在承载力计算时整体刚度会有所增大。其余的调整信息,只要查看规范就很容易确定下来,这里就不再细说。

另外一个需要注意的信息是“柱配筋计算原则”。一般第一次计算宜按“单偏压”计算,然后再按“双偏压”来计算角柱,角柱在特殊构件定义中点取,角柱的配筋取两次计算中的大值。异形柱按“双偏压”来计算。

“周期折减系数”默认的取值是1.0,这个值应在建筑考虑非承重墙体刚度的影响后进行调整。系数按如下规定选取,框架结构:砖填充墙多时取0.6-0.7,砖填充墙少时取0.7-0.8;框剪结构:砖填充墙多时取0.7-0.8,砖填充墙少时取0.8-0.9;剪力墙结构取1.0.

2、特殊构件补充定义

这一步的工作是一定要做的,梁是否铰结、不调幅梁的点取、角柱的点取等都是要用户指定,这需要对所设计的建筑物的受力体系有全面、清晰的理解。如梁铰接的点取与不点取,所配的钢筋是完全不同的:两端铰接的梁完全靠下部钢筋来承受荷载,下部配筋很大,支座只构造配筋;两端固接的梁的支座也配有钢筋,这是由于上部有负弯矩,承受拉力。当双偏压计算角柱时,角柱应点取,否则就不按照角柱计算,配筋也不予增大。

3、结构分析和构件内力计算

这一项要选的参数很少,但对整个结构模型的计算起到关键的作用。“层刚度比计算”有三种方法:1.剪切刚度、2.剪弯刚度、3.地震剪力与地震层间位移的比值。方法1按《高规》给出得方法计算,过于简单;方法2按有限元方法,通过加单位力来计算,用于转换层的计算;程序隐含的是方法3,概念和计算均简单.但未扣除刚体转角引起的位移。三种方法可能给出差别较大的刚度比结果,所以要根据工程实际情况进行选取。

4、分析结果图形和文本显示

在进行配筋计算与验算后,即可以得到梁柱的配筋简图及一些文本。在查看结果图形和文本时要注意几个参数的限值。

首先,柱轴压比限值应满足《抗规》6.3.7条的规定,并查看梁柱的配筋是否超筋,如有超筋就要考虑调整梁柱的截面来调整配筋量。

另外,结构整体性能应加以控制:

(1)、位移控制:程序输出结果第一项是构件节点位移,第二项是层间位移.位移控制是通过控制位移比进行的。计算结果应满足《抗规》5.5.1条规定,出现个别位移比超限时,可查位移的大小,在位移很小的情况下,可不考虑。

(2)、周期控制:《抗规》5.2.5条对楼层最小剪重比做了规定,X、Y方向的有效质量系数一般不应小于90%.地震作用最大的方向一般控制在15O内,当大于15O时,应将该角度在调整信息中再次输入,并重新导荷验算。另外《高规》的4.3.5条规定,结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.850.(3)、层刚度比控制:《抗规》附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2;《高规》的4.4.3条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%;《高规》的5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍:《高规》的10.2.6条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度,应符合高规附录D的规定。当结构进行薄弱层验算时,应满足《抗规》5.5.5条的弹塑性层间位移角限值的要求。

三、总结

在建筑结构计算中,SATWE软件的运用非常广泛,而设计过程中各种参数的选取对整个结构的受力分析起着关键的作用。所以在结构设计时应按照国家规范正确地选取各个参数,只有这样,才能设计出合理的结构,保证建筑物的质量。这里,只浅谈了SATWE进行结构设计时注意的几点问题,其实在设计过程中还有很多需要我们注意的问题,这要我们不断的总结和完善才能使结构设计更加的合理化。