应用SATWE软件的若干问题的讨论_satwe应用指南
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应用SATWE软件的若干问题的讨论
我们在应用SATWE软件时，因为对它的适用范围，以及程序模型假定中涉及到的有关问题说明不太清楚，或者不太完善，所以曾经走过一些弯路，现在来谈谈对一些问题的应用体会。今天先来谈谈以下以下12个问题：
1）有关型钢混凝土的计算模型和截面强度校核问题：
2）梁中轴力的计算问题
3）穿层柱稳定计算问题
4）刚重比与剪重比的有关计算问题
5）错层结构的若干问题讨论
6）嵌固端位置的影响问题
7）斜柱稳定和有关计算问题
8）与剪力墙相交的梁与墙的连接节点假定问题
9）开大孔楼板的计算与配筋问题
10）柱计算长度要不要考虑侧移问题
11）何时应该考虑最不利地震作用方向补充计算
12）悬臂结构问题
1）有关型钢混凝土的计算模型和截面强度校核问题：
我们已在《对五本钢-混凝土组合结构设计规程中若干计算问题的管见》一文中指明，对型钢混凝土的验算模型与公式中，《型钢混凝土组合结构设计规程》（JGJ138-2001）存在一些抗震安全问题，如构件验算公式中的抗震增大系数，没有与抗震规范接轨；采用的平衡法模型中，型钢与混凝土不发生滑移的假定，不符合很多试验的结果，如此等等问题。但是在SATWE 和 MIDAS BUILDING 等等常用软件中还是采用了该规程中所提供的计算公式，因此为了防止产生隐患，必须对此类构件再采用手工按文献《钢骨混凝土结构设计规程.》（YB9082—2006,）的公式进行一下校核。
1.型钢混凝土组合结构的三种设计方法
2.我国相关的五种规程介绍
①《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-97)，（以 1998年冶金工业部颁发 的行业标准，主编单位：冶金部建筑研究总院
② 《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)2002年建设部颁发的行业标准，主编单位：中国建筑科学研究院
③ 《高层建筑钢—混凝土混合结构设计规程》(DG/TJ08-015-2004)2003年上海市地方标
准，主编单位：同济大学、上海金属结构协会
④《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-2006)（以 2007年国家发改委发布的行业标准，主编单位：中冶集团建筑研究总院
⑤《高层建筑钢—混凝土混合结构设计规程》(CECS230:2008)2008中国工程建设协会标准
主编单位：中国建筑标准设计研究院
3.五种规程设计方法介绍
4.《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)中一些问题的讨论
①.平截面假定问题：
即考虑型钢与混凝土始终变形协调，因此可通过构件截面平衡方程求解承载力，即型钢与混凝土间不产生滑移。
②.构件承载力计算公式中有关M，Q的抗震增大系数未按抗震规范要求，有的未考虑，有的小于现行抗规。
③.刚度计算和截面抗剪承载力也采用了叠加法，一个规范中同时采用了二种计算模型，也不是十分合理的。
5）设计计算时注意点
考虑到我国目前大量采用的高层建筑结构设计软件SATWE、MIDAS BUILDING中采用的都是平衡法模型。因此，建议各设计单位在采用型钢混凝土结构时，应采用两种不同模型的设计规程进行校核
2）梁中轴力的计算问题
1.下列情况的梁中存在轴向力
转换梁、预应力梁、与斜柱相交的梁、与支撑相交的梁、桁架梁、考虑扭转的环梁等等。
2.平面刚性假定与SATWE 软件问题
高层计算中常用的平面刚性假定下，就是楼面梁板内没有应变因此也没有内力。SATWE 软件应用时如果采用平面刚性假定，就没有梁的轴力输出。
3.如何计算梁中轴力？
首先要采用弹性楼板假定，其次，其中楼板只考虑荷载不考虑其刚度，即把楼板去掉只留下梁，这时才能比较准确的算得，梁中轴力。否则因为SATWE 软件中一个楼板开间仅取一个单元，所以求得的轴力是在一个单元宽度的分布力，在梁上得到的轴力很小。由例题计算结果可知。
3）穿层柱稳定计算问题
1.穿层柱如何进行抗震加固
不少设计人员认为穿层柱既然作为一种不规则形式，那末设计中就要对它实施加强抗剪 措施。事实上这是一个误解，因为在刚性楼板假定下，穿层柱的长度只按楼板层高考虑，因此长细比偏大，计算就偏不安全。而它所分配到的层剪力反而比实际的大，当然其他的柱子所分配到的层剪力就比实际的小了。
图1 多层框架的结构平面图
2.SATWE 软件对穿层柱的处理
SATWE 软件中只要指名穿层柱，就会自动考虑，穿层柱在刚性楼板假定时，柱与刚性楼板的节点已被释放（但是地下室除外，还要手工验算），因此在验算稳定时，长细比已经可以考虑实际情况。在总刚度矩阵形成时也考虑了这个情况，但是必须把穿层柱周围的梁板全部不输入，这样就可以计算求得穿层柱的地震剪力。取两个多层框架比较计算，如图一所示，A框架中有两根柱子在二层时没有楼板和梁，B框架相应位置的柱子四周布置楼板
和梁，其他条件均相同。由算例可知，如果不把穿层柱四周的梁板全部去掉，那末求得的穿层柱的地震剪力，就会大得多，约为无梁板时的2~2.5倍（详见图1）。
3.单向穿层柱问题
有时楼层的柱子一个方向有框架梁，另一方向无梁板，则属于单向穿层柱，在该方向有梁时求得的柱地震剪力约为无梁时的1.5~2倍。（详见图1中的边柱）
4）刚重比与剪重比的有关计算问题
1.嵌固端位置的影响
我们在计算中有时因为一层地下室顶层楼板开洞很多，所以常常把嵌固端设置在地下室底板，甚至第二、三层地下室底板。这时常常会出现刚重比与剪重比偏小，对有的钢结构高层，甚至无法满足规范要求的情况。这时如果改变一下嵌固端位置，将它放到地下室顶层，也许就可能能够解决问题。
2.剪重比的调整
如果最后计算结果仍然不能满足规范要求，那末对刚重比问题必须通过调节结构布局来解决。剪重比问题一般可以通过人工调整数据来解决，调整方法如下：
图2规范反应谱曲线图
① 当结构基本周期位于加速度控制段时（T1＜Tg），可按规范规定的地震最小剪力系数与实际的底层地震剪力系数计算值的比例（增大系数），各层均需按相同比例（增大系数）放大相应的地震作用标准值；
② 当结构基本周期位于位移控制段时（T1＞5Tg）可按规范规定的地震最小剪力系数与实际的底层地震剪力系数计算值的差值Δλ，直接由此差值与各层相应的地震剪力系数相加，再去求该层的水平地震作用标准值；
③当结构基本周期位于速度控制段时（Tg≤T1≤5Tg），可取以上两种调整方法得到的平均值。
但是要注意，当底部剪力相差较多时，或者很多楼层不满足时，说明结构整体刚
度较弱，此时应该调整结构选型与整体布局。
5）错层结构的若干问题讨论
1.错层面积很小时
可作为楼板开洞考虑；
2.错层面积大于楼层面积的30%以上时，应按楼板局部不连续考虑，这种情况常常将它分为二层来考虑。
3.作二层考虑时应该注意的几个问题：
其一，每层都存在穿层柱问题，其二，如果采用平面刚性假定，那末层刚度就偏大了；其三，其中一层的水平力将全部由错层处的墙柱承担。如果把错层当做一层考虑，这时的层刚度应该考虑为二种不同高度柱的折算层刚度。但是这时还应考虑错层位置处的墙柱上作用的水平力。为此，我们建议以上二种计算模型方案都应该采用计算一下。二者结合考虑，对整体计算层刚度，后者较合理；对验算错层处墙柱就要二种方案同时考虑，即将前者计算得到的力，分配到错层的墙柱上，再进行计算。
6）嵌固端位置的影响
1.嵌固端位置的选择
一般地下室顶层楼板开洞很多，嵌固端要设置到地下室底板，或者第二层地下室顶板。
2.嵌固端下移后要考虑的问题
把嵌固端设置在地下室底板或者顶板时，其实我们还应该考虑如下问题：其一，嵌固端往下移后，虽然建筑顶层侧向位移会增大，但是它底层的弯矩剪力都会减少；其二，如果嵌固端设置在地下室顶层，在地下室还未填土，甚至还存在施工缝还没有封闭的条件下，能不能作为嵌固端，应该作一验算，特别在风荷载较大的地区。为此，最好两种工况都能够验算一下；其三，会影响刚重比、剪重比的计算值；其四，会影响地下室结构抗震等级。
7）有关斜柱的有关计算问题
1.稳定分析问题
设计中有时会遇到斜柱或者斜杆。当其高度只相当于楼层高时，按照一般方法来验算稳定问题还是可以的，因为这时稳定常常不是决定因素。但是当它跨越多层，而且在节点间存在横向荷载时，就不能采用一般的方法来验算稳定。因为规范中的稳定验算公式的理论依据是欧拉公式，它的临界荷载公式推导中，并没有考虑自重和节间荷载产生的失稳弯矩的影响。所以这时应该对斜柱进行专门的稳定分析。
2.与斜柱相交的梁的计算问题
我们知道与斜柱相交的梁中存在轴向力，必须进行计算。
8）与剪力墙相交的梁与墙的连接节点假定问题
在程序中一般都假定墙体不能承受平面外的弯矩，因此当有框架梁与剪力墙相交时一般
只能作铰支（这在钢结构框架梁中经常采用），如果需要考虑承受弯矩，必须在交点处的剪力墙上设置端柱，或者暗柱，理论上可以由这个端柱（暗柱）来承受弯矩。
9）开大孔楼板的计算与配筋问题
开大孔处的楼板应力分布是十分复杂的，在水平力作用下存在轴向力，特别是开口附近还存在应力集中。但是，如采用刚性楼板假定时，只能计算出受横向荷载作用下的弯矩和剪力。所以这时应该对它进行应力分析。这时就要采用弹性楼板假定。配筋应该按照二者受力叠加的结果来考虑
10）计算柱计算长度要不要考虑侧移问题
1..问题的由来：所谓“柱子计算长度系数”原来的来源于柱子失稳时的反弯点之间的距离，这个前提是没有侧移，所有当两端铰支时μ= 1，当一端固定一端悬臂时μ= 2,。但是现在又增加了侧移，实际上又多了一个失稳弯矩，所以产生了P-Δ效应，这样柱子计算长度系数的含义发生了变化，这里还包含了等效侧向刚度的概念，2.对计算结果的影响：我们知道考虑侧移后，就会影响柱子计算长度系数μ的取值，对钢筋混凝土结构影响不大，但是对钢结构，由现行的钢结构规范附表可知，对于考虑侧移与不考虑侧移，二者系数相差很大，因此我们必须重视。但是我国的所有规范中都没有明确规定，什么情况下可考虑、或者可不考虑侧移。这里我们首先要明确，3..考虑的经验方法：现在学术界对此讨论十分热烈，但是还没有统一看法。当然考虑侧移比不考虑更加安全，在英国规范中采用这样的办法，就是当层间位移小于1/3000 时可不考虑侧移，大于1/3000 时就考虑侧移。我认为我们也可以这样考虑。在《高层民用建筑钢结构技术规程》（征求意见稿）中，提出了按考虑所在层的二阶效应的，杆件的侧移弯矩增大系数θ的大小，来决定采用一阶弹性分析，还是二阶弹性分析，比老规范更科学。
11）何时应该考虑最不利地震作用方向补充计算
一般情况下，结构平面有X、Y 两个主轴方向，抗震计算只需要验算这两个方向。但是当有的平面其弱轴方向与X、Y 两个主轴方向不一致时，例如对L形平面，其弱轴方向可能在45度左右，这时我们必须再进行最不利地震作用方向补充计算。
12）悬臂结构问题
1.补充计算实际位移与挠度：程序给出的计算结果如位移、位移比等等，不是指悬臂端的，而是悬臂根部的梁柱边的位移与位移比，因此还要通过手算才能确定悬臂端的实际位移、位移比、挠度等。
2.应加宽抗震缝宽度：所以当抗震缝处为悬臂梁板时，必须加宽抗震缝宽度。而且悬臂结构为一道设防，所以应该加强抗震构造措施。还应该验算挠度与裂缝。大悬臂还要考虑竖向地震作用。
3.考虑多道设防因为悬臂梁是静定结构是一次设防。故宜在梁端加柱，或者斜拉杆。
