SATWE计算结果分析和调整方法要点.docx

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SATWE计算结果分析和调整方法要点

SATWE软件计算结果分析

一、位移比

1.位移

规范条文：

新高规3.4.5规定：

结构平面布置应减少扭转的影响。

在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

基本概念：

位移比包含两项内容

（1）楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值；

（2）楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值；

计算位移比仅考虑墙顶，柱顶等竖向构件上节点的最大位移，不考虑其他节点的位移。

位移比可以用结构刚心与质心的相对位置（偏心率）表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭转效应较大，位移比是控制结构整体抗扭特性和平面不规则性的重要指标。

钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度应区分为A级和B级：

名词释义：

位移比：

即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。

层间位移比：

即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。

其中：

最大水平位移：

墙顶、柱顶节点的最大水平位移。

平均水平位移：

墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和除2。

层间位移角：

墙、柱层间位移与层高的比值。

最大层间位移角：

墙、柱层间位移角的最大值。

平均层间位移角：

墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。

控制目的:

高层建筑层数多，高度大，为了保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对其最大位移和层间位移加以控制，主要目的有以下几点：

1．保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数量,宽度。

2．保证填充墙,隔墙,幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显的损坏。

3．控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。

 结构位移输出文件（WDISP.OUT）

Max-（X）、Max-（Y）----最大X、Y向位移。

（mm）

Ave-（X）、Ave-（Y）----X、Y平均位移。

（mm）

Max-Dx，Max-Dy   :

X,Y方向的最大层间位移

Ave-Dx，Ave-Dy   :

X,Y方向的平均层间位移

Ratio-（X）、Ratio-（Y）----X、Y向最大位移与平均位移的比值。

Ratio-Dx,Ratio-Dy :

最大层间位移与平均层间位移的比值

即要求：

Ratio-（X）=Max-（X）/Ave-（X）       最好<1.2    不能超过1.5

Ratio-Dx=Max-Dx/Ave-Dx          最好<1.2    不能超过1.5

Y方向相同

操作要点：

位移比在<结构位移>（WDISP.OUT）中输出，各楼层位移比为Ratio（X）和Radio（Y）。

其中，Ratio（X）=Max（X）/Ave（X）

调整方法：

1）程序调整：

satwe程序不能实现

2）人工调整：

只能人工调整改变结构平面布置，使结构规则，刚度均匀，减小结构刚心与形心的偏心距：

可利用程序的节点搜索功能在satwe的“分析结构图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件刚度；也可以找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。

注意事项

（1）．验算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。

最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。

构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。

（2）但需注意的是，对于复杂结构，如不规则的坡屋顶、体育馆看台、工业厂房、错层和越层结构，或者柱、墙不在同一标高，或者没有楼板等情况，如果采用强制刚性楼板假定，结构分析会严重失真，所以，一般这些结构都不强行进行位移比控制。

（3）高层建筑位移比计算应考虑偶然偏心的影响，多层建筑可以不考虑。

（4）位移比是判断结构规则性的重要依据，对是否考虑双向地震有重要参考作用。

（5）当楼层的最大层间位移角不大于新高规第3．7．3条规定的限值的40％时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松，但不应大于1.6。

（6）若位移比超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用；

（7）因为高层建筑在水平力作用下，几乎都会产生扭转，故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。

二、层间最大位移与层高之比（层间位移角）

规范条文：

新高规的3.7.3条规定

按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比△u／h宜符合下列规定：

1.高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h不宜大于表3．7．3的限值。

表3.7.3

结构体系

Δu/h

框架

1/550

框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙

1/800

筒中筒、剪力墙

1/1000

除框架结构外的转换层

1/1000

2.高度不小于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h从不宜大于1／500。

3.高度在150m～250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h从的限值可按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。

注：

楼层层间最大位移△u以楼层竖向构件最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。

抗震设计时，本条规定的楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响。

抗规5.5.1条文说明：

第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。

名词释义：

（1） 层间位移比：

即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。

其中：

层间位移角：

墙、柱层间位移与层高的比值。

最大层间位移角：

墙、柱层间位移角的最大值。

平均层间位移角：

墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。

控制目的:

高层建筑层数多，高度大，为了保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对其最大位移和层间位移加以控制，主要目的有以下几点：

1．保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数量,宽度。

2．保证填充墙,隔墙,幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显的损坏。

结构位移输出文件（WDISP.OUT）

Max—Dx、Max—Dy :

x和y方向层间最大位移

即要求：

Max—Dx/h和Max—Dy/h满足规范要求

电算结果的判别与调整要点:

1．验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心；

2．最大层间位移是在刚性楼板假设下的控制参数。

构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。

3．因为高层建筑在水平力作用下,几乎都会产生扭转,故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。

4.当结构层间位移角很小，例如一般结构弹性位移角小于规定限值的1/2，复杂结构和高层结构弹性位移角小于规定限值的1/3，位移比可适当放宽，如放大20%。

二、周期比

结构的自振周期

周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT）

抗震规范（5.2.5）条要求的X向楼层最小剪重比=  1.60%

电算结果的判别与调整要点:

1．对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力应增大1.15倍，即上表中楼层最小剪力系数λ应乘以1.15倍。

当周期介于3.5S和5.0S之间时，可对于上表采用插入法求值。

2．对于一般高层建筑而言,结构剪重比底层为最小,顶层最大,故实际工程中,结构剪重比由底层控制,由下到上,哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力.

3．各层地震内力自动放大与否在调整信息栏设开关；如果用户考虑自动放大，SATWE将在WZQ.OUT中输出程序内部采用的放大系数.

4．六度区剪重比可在0.7％～1％取。

若剪重比过小，均为构造配筋,说明底部剪力过小，要对构件截面大小、周期折减等进行检查;若剪重比过大，说明底部剪力很大，也应检查结构模型，参数设置是否正确或结构布置是否太刚。

对一般的工程，结构的自振周期在考虑折减系数后应控制在一定的范围内。

如结构的基本自振周期（即第一周期）大致为：

框架结构  T1≈（0.12~0.15）n

框-剪和框-筒结构  T1≈（0.08~0.12）n

剪力墙和筒中筒结构T1≈（0.04~0.06）n

式中,n为建筑物的总层数。

第二周期、第三周期与第一周期的关系大致为：

T2≈（1/3~1/5）T1T3≈（1/5~1/7）T1

周期偏长，说明结构过“软”、所承担的地震剪力偏小，应考虑抗侧力构件（柱、墙）截面太小或布置不当；如周期偏短，说明结构过“刚”、所承担的地震力偏大，应考虑抗侧力构件截面太大或墙的布置太多或墙的刚度太大（宜设结构洞予以减小其刚度）。

如果抗侧力构件的截面尺寸、布置都很正常，无特殊情况而自振周期偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。

对20层以上的高层建筑结构，如果一切正常，其基本自振周期往往在2.0~3.0之间（叫次长周期），则需要增加地震力（调整系数取1.5~1.8）重新进行计算。

以上的判断是根据平移振动振型分解方法得出来的。

考虑弯扭耦连振动时情况要复杂得多，可以挑出与平移振动相对应的自振周期来进行上述比较，至于扭转周期的合理数值，由于缺乏经验尚难提出。

周期比

新高规的3.4.5条规定

结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

（抗规中没有明确提出该概念，所以多层时该控制指标可以适当放松，但一般不大于1.0。

）

新高规5.1.13条规定，抗震设计时，B级高度的高层建筑结构、混合结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，尚应符合下列规定：

1宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％；

2应采用弹性时程分析法进行补充计算；

3宜采用弹塑性静力或弹塑性动力分析方法补充计算。

名词释义：

周期比:

即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。

周期比主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，使结构的抗扭刚度不能太弱。

因为当两者接近时,由于振动藕连的影响,结构的扭转效应将明显增大。

对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:

（1）计算结果详周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT），因satwe电算结果中并未直接给出周期比，故对于通常的规则单塔楼结构，需人工按如下步骤验算周期比。

（2）根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数（三者之和等于1）判别各振型分别是扭转为主的振型（也称扭转振型）还是平动为主的振型（也称平动振型）。

一般情况下，当扭转系数大于0.5时，可认为该振型是扭振振型，反之应为平动振型。

当然，对某些极为复杂的结构还应结合主振型信息来进行判断；

（3）通常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动周期T1

（4）对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，局部振动不能当做第一扭转/平动周期。

需考察下一个次长周期。

（5）考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大（值得注意的是在判断某些复杂工程的第一平动周期时，还应考察该振型产生的基底剪力是否为各振型中的最大值，如果该振型产生的基底剪力很小，那么在地震力作用下他出现的概率就很小，因而也就不是平动主振型，当然也就不能成为第一平动周期）

（6）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0.85。

多塔结构周期比：

对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算，而应该将多塔结构切分成多个单塔，按多个单塔结构分别计算。

体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。

体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。

周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT）

  考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X,Y方向的平动系数、扭转系数

  振型号  周期    转角      平动系数（X+Y）    扭转系数

    1    0.6306  110.18      0.99（0.12+0.88）    0.01

    2    0.6144    21.19      0.95（0.82+0.12）    0.05

    3    0.4248    2.39      0.06（0.06+0.00）    0.94

    4    0.1876  174.52      0.96（0.95+0.01）    0.04

    5    0.1718    85.00      1.00（0.01+0.99）    0.00

    6    0.1355    5.03      0.05（0.05+0.00）    0.95

    7    0.0994  177.15     0.97（0.97+0.00）    0.03

    8    0.0849    87.63      1.00（0.00+1.00）    0.00

    9    0.0752    12.73      0.03（0.03+0.00）    0.97

X方向的有效质量系数:

  97.72%

Y方向的有效质量系数:

  96.71%

即要求：

0.4248/0.6306=0.67  <0.9

97.72%    96.71% >90%  说明无需再增加振型计算（高规5.1.13，计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％）

分析

动力学认为结构的第一周期应该是出现该振形时所需要的能量最小，第二周期所需要的能量次之，依次往后推。

我认为规范规定Tt/T1<0.9就是为了让对结构产生作用的能量中的大部分只够激起结构的平动而不是扭转。

按照动力学理论，结构第一周期只与结构本身的质量、刚度和边界条件有关，与外界力没有关系，地震只是提供一个激振力，基底剪力是反映这个激振效果的一个指标，这个除了以上的条件外，同时就跟地震参数有关，比如加速度的值。

而结构最容易出现振动的振型就应该是第一振型，这个振型所需要的能量最小，最容易发生。

这个就很容易理解为什么扭转振型不能太靠前，起码不能出现再第一振型。

通高层设计中是可行的。

关于第二平动周期与扭转周期比较接近的问题是相对的，我个人认为就是说能拉大到0.9以下最好，但是不能拉到0.9以下，也尽量不要超的太多。

怎么理解主振型？

pkpm采用了wilson教授的质量参与系数的概念（可以查看sap和etabs），比如我们计算15个振型，质量参与系数达到了98%，那么15个振型当中就有一个质量参与系数最大的振型，比如是2振型，它对这个98%的贡献最大（比如达到40%），那么我们就认为它就是主振型。

而其它的振型的贡献可能相对很小。

主振型的意义在于：

它可能不是最容易被激励起的振型，但是它一旦被激励起了，那么它就是结构振动的主要成分，所以我们在抗震的时候我特别给与关注，尽量避免它与扭转振型靠近。

这也就是我建议ljbwhu将T2与Tt拉大点的原因。

在常规的高层结构设计中，由于各种限制，不容易出现以下这种情况：

当结构中存在某些相对软弱的部分或者构件的时候，则结构的主振型会出现的比较靠后，这很容易理解，因为软弱的地方在激励能量相对小的时候就会局部振动，此时不是整体振动，所以该振型的质量参与系数很小，但是它们却是低阶振型。

所以我前面的贴子提到了模型错误，这里的错误并不是指模型逻辑上的错误，而是某些构件的刚度、尺寸、材料等原因的错误，造成局部软弱。

这种情况比较特殊，但是也可能出现，所以要避免。

主振型：

对于某个特定的地震作用引起的结构反应而言，一般每个参与振型都有着一定的贡献，贡献最大的振型就是主振型，贡献指标的确定一般有两个，一是基底剪力的贡献大小，二是应变能的贡献大小。

一般而言，基底剪力的贡献大小比较直观，容易被我们接受

扭转为主的振型中,周期最长的称为第一扭转为主的振型,其周期称为扭转为主的第一自振周期Tt。

平动为主的振型中,根据确定的两个水平坐标轴方向X、Y,可区分为X向平动为主的振型和Y向平动为主的振型。

假定X、Y方向平动为主的第一振型（即两个方向平动为主的振型中周期最长的振型）的周期值分别记为T1X和T1Y，其中的大者位T1,小者为T2。

则T1即为《高规》第41315条中所说的平动为主的第一自振周期,T2姑且称作平动为主的第二自振周期。

研究表明,结构扭转第一自振周期与地震作用方向的平动第一自振周期之比值,对结构的扭转响应有明显影响,当两者接近时,结构的扭转效应显著增大[7]。

《高规》第41315条对结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比值进行了限制,其目的就是控制结构扭转刚度不能过弱,以减小扭转效应。

《高规》对扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第二自振周期T2之比值没有进行限制,主要考虑到实际工程中,单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少,多数工程的振型是扭转和平动相伴随的,即使是平动振型,往往在两个坐标轴方向都有分量。

针对上述情况,限制Tt与T1的比值是必要的,也是合理的,具有广泛适用性;如对Tt与T2的比值也加以同样的限制,对一般工程是偏严的要求。

对特殊工程,如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构,当两个主轴方向的侧向刚度相差过大时,可对Tt与T2的比值加以限制,一般不宜大于1.0。

实际上,按照《抗震规范》第31513条的规定,结构在两个主轴方向的侧向刚度不宜相差过大,以使结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能。

当然,振型特征判断还与宏观振动形态有关。

对结构整体振动分析而言,结构的某些局部振动的振型是可以忽略的,以利于主要问题的把握。

注意上面这句话的意义说明了，某些局部振动可以忽略掉，那么如何判断某些局部振动呢？

就转到我们上面所讨论的问题上来了，可以采用振型总剪力的大小来判断或者振型质量参与系数来判断。

忽略某些总剪力很小或者质量参与系数很小的振型，而保留那些相对较大的振型，这样说的话，就没有必要强制

制要求将总剪力最大的平动周期作为第一平动周期了！

第一扭转周期的确定也没有什么疑惑。

那个审图中心的意见有问题！

1）如果一个结构X，Y方向周期相差很大时，前几个平动周期往往是一个方向的（如均为X方向或均为Y方向）。

此时要求Tt/T1<0.9即可。

（2）如果一个结构X，Y方向周期相差不大时，应使第一第二振型周期以平动为主（此时第一第二振型分别是X，Y向），此时要求Tt/T1和Tt/T2均<0.9。

这是容易作到的。

另附手头一些资料，不知对大家有无帮助：

（1）高规4.3.5条的条文说明主要意思：

Tt与T1两者接近时由于振动耦连影响，结构扭转效应明显增大。

（2）2002年9月版SATWE用户手册124页：

振型的方向角0度是X方向，90度是Y方向。

依次类推。

它的意义在于使我们明确知道结构刚度的薄弱方向。

两个第一侧移振型的方向角，代表了水平地震作用的两个近似的最不利方向。

（3）2002年9月版SATWE用户手册124页：

主振型的概念：

对于地震引起的结构反应而言，参与振型贡献最大的就是主振型。

衡量贡献大小有2个指标较合适，一是基底剪力贡献，二是应变能贡献。

基底剪力贡献较易为工程技术人员接受。

SATWE给出每个振型每个地震方向的基底剪力贡献。

用于判断每个地震方向的主振型。

PS:

周期比计算方法：

1）扭转周期与平动周期的判断：

从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的平动周期，按周期值从大到小排列。

同理，将所有平动系数大于0.5的平动周期值从大到小排列；

2）第一周期的判断：

从列队中选出数值最大的扭转（平动）周期，查看软件的“结构整体空间振动简图”，看该周期值所对应的振型的空间振动是否为整体振动，如果其仅仅引起局部振动，则不能作为第一扭转（平动）周期，要从队列中取出下一个周期进行考察，以此类推，直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值即为第一扭转（平动）周期；值得注意的是，在判断复杂结构的第一平动周期时，还应考察该振型产生的基底剪力是否为各振型中的最大值，如果该振型产生的基底剪力很小，就不是第一平动周期。

（详细见PKPM新天地2005.1期）3）周期比计算：

将第一扭转周期值除以第一平动周期即可。

调整方法：

1）程序调整：

satwe程序不能实现

2）人工调整：

只能人工调整改变结构平面布置，提高结构规扭转刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。

电算结果的判别与调整要点:

1. 对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦连计算时，一般来说前两个或几个振型为其主振型，但对于刚度不均匀的复杂结构，上述规律不一定存在。

总之在高层结构设计中，使得扭转振型不应靠前，以减小震害。

SATWE程序中给出了各振型对基底剪力贡献比例的计算功能,通过参数Ratio（振型的基底剪力占总基底剪力的百分比）可以判断出那个振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每个振型对基底剪力的贡献大小。

2. 振型分解反应谱法分析计算周期，地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的确定。

一般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算时宜选择“侧刚模型”进行计算。

而当结构定义有弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合理。

至于振型数的确定，应按上述[高规]5.1.13条（B级高度的高层建筑结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，抗震设计时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％）执行，振型数是否足够，应以计算振型数使振型参与质量不小于总质量的90%作为唯一的条件进行判别。

（[耦联]取3的倍数，且≤3倍层数，[非耦联]取≤层数，直到参与计算振型的[有效质量系数]≥90％）

3.如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

即周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。

考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构”。

一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。

周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是要加强外圈结构刚度、增设抗震墙、增加外