SATWE總信息中各項參數的合理選取

崔紀紅

[中圖分類號]TL341 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0051-01

一、總信息中各項參數的合理選取

1.1 結構材料信息參數

目前，在建筑工程中，按結構材料分類，廣泛應用的結構體系有鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構和鋼與混凝土的混合結構四大類。結構材料信息參數可根據具體工程的結構材料類型，在上述四大類結構中選取一種。

1.2 混凝土容重和鋼材容重參數

一般情況下，鋼筋混凝土材料的容重為25KN/m³，鋼材容重為78.5KN/m³。除了樓（屋）面板板面的建筑裝修荷載和板底吊頂或吊掛荷載可以在結構整體計算時通過樓（屋）面“荷載平面圖”輸入外，梁、柱、墻等構件表面的建筑裝修層（包括鋼構件表面的防火、防腐蝕涂層或外包輕質防火板材等）的重量，則通過將鋼筋混凝土材料或鋼材容重乘以增大系數來考慮。

根據具體工程的裝修情況，鋼筋混凝土材料容重的增大系數一般可取1.04～1.10，鋼材容重的增大系數一般可取1.04～1.18。即結構整體計算時，輸入的鋼筋混凝土材料的容重可取為26～27.5 KN/m³，鋼材的容重可取為82～92 KN/m³。

鋼材容重增大系數上限值較鋼筋混凝土材料大，取1.18左右，主要是還要考慮鋼結構構件可能有加勁板和構件連接用節點板、拼接板及高強度螺栓等的重量。

1.3 地下室層數

多高層建筑，特別是高層建筑，一般均設有地下室。在結構分析與設計中，上部結構與地下室應作為一個整體進行設計計算。將上部結構與地下室分離計算，或者指定地下室水平嵌固層數（例如，對于一個有二屋地下室的結構，在“地下室數”參數項內若填-1，則表示上部結構嵌固在地下二層頂板部位；若填-2，則表示上部結構嵌固在地下一層頂板部位），均不符合工程實際情況，也無法考慮上部結構在地下室嵌固部位的總水平地震剪力對地下室結構的影響。

在用PKPM建模時，地下室有幾層應建幾層，并在“地下室層數”參數項內，填人相應的層數數值。

根據抗震規范的規定，當地下室頂部不能作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的底板部位通常可滿足上部結構的嵌固要求。這時，可將地下室的層數減少一層后進行結構的整體補充計算。結構設計可取上部結構嵌固在地下室頂部和地下一層底部兩種情況的包絡結果。上部結構嵌固部位的條件和要求及設計注意事項將另行討論。

1.4 豎向荷載計算信息參數

豎向荷載計算信息，即SATWE軟件中的模擬施工計算，軟件一共給出了四種模擬施工計算方法可供選用。

1.4.1 一次性加載

這種計算方法實際上是假定結構已經施工完成，然后將荷載一次性地加到結構上。由于豎向荷載是一次性地加到結構上，從而造成結構豎向位移偏大。這對于框架核心筒類結構，由于框架和核心簡的剛度相差較大，使核心簡承受較大的豎向荷載，導致二者之間產生較大的豎向位移差。這種位移差常會使結構中間技術出現較大沉降，從而使上部樓層與之相連的框架梁端負彎矩很小或不出現負彎矩，造成配筋困難。所以目前工程在多數情況下，已很少采用一次性加載方式來進行結構整體計算。一次性加載的計算方法僅適用于低層結構或上傳荷載結構，如吊柱以及采用懸挑腳手架施工的長懸臂結構等。

1.4.2 模擬施工加載1

這種計算方法也是假定結構已經施工完成，然后再將豎向荷載分層加到結構上。采用這種加載方式與實際情況仍有差別，但結構的豎向位移和位移差較一次性加載有所改善，是比較常用的施工模擬加載方法。

1.4.3 模擬施工加載2

模擬施工加載2與模擬施工加載1相比，其主要區別是先將結構的豎向構件剛度放大10倍，然后再按模擬施工加載1進行加載，這樣做的主要目的是為了削弱豎向荷載按構件剛度的重分配，使柱、墻上分得的軸力比均勻，接近手算結果，傳給基礎的荷載更為合理。

這種加載方法僅適用于框架剪力墻類結構基礎的設計。由于將豎向構件的剛度放大10倍依據不足，工程經驗又不多，故很少采用。

1.4.4 模擬施工加載3

由于一次加載及模擬施工加載1和2的加載方法存在與工程實際不相符的情況，SATWE軟件在這些加載方法的基礎上，增加了模擬施工加載3的豎向荷載計算方法。這種加載方法的主要特點是能夠比較真實地模擬結構豎向荷載的加載過程，即分層計算各層剛度后，再分層施加豎向荷載。采用這種加載方法計算出來的結果更符合工程實際。

模擬施工加載1和3的比較計算表明：

（1）框架中柱的軸力，模擬施工加載3的計算結果比模擬施工加載1的稍大，增大量在5%的范圍內。

（2）框架角柱的彎矩，模擬施工加載3的計算結果比模擬施工加載1大，而且增大較多，有的甚至是2倍的關系。

（3）框架梁的彎矩，模擬施工加載3的計算結果也比模擬施工加載1的要大，通常增大量在10%以內。

因此，在進行結構整體計算時，如條件許可，應優先選擇模擬施工加載3來進行結構的豎向荷載計算，以保證結構的安全。模擬施工加載3還能改善框架剪力墻類結構傳給基礎的荷載的合理性。模擬施工加載3的缺點是工作量大。

強調采用模擬施工加載3進行結構豎向荷載計算，并不是說對于所有的結構，都可以采用模擬施工加載3。例如長懸臂結構，當采用懸吊腳手架施工時，采用一次性加載的方法更符合實際情況。

1.5 結構的周期折減系數

結構的周期折減系數主要用于框架、框架剪力墻、框架核心筒及開洞較多的剪力墻結構。采用SATWE等軟件計算這些結構的內力和位移時，只考慮了這些結構的主要構件（梁、柱、剪力墻或簡體等）的剛度，沒有考慮非承重結構（如填充墻等）的剛度，因而結構的計算自振周期較結構的實際自振周期要長。抗震設計時，若以結構的計算周期來計算地震作用，將使結構的地震剪力偏小，使結構的抗震計算不安全。為此，2010年版《抗震規范》第13.2.1條和《高規》第3.3.17條都規定，抗震計算時，結構的計算自振周期應考慮非承得結構（如填充墻）的剛度的影響而予以折減。

結構的周期折減系數不改變結構的自振特性，只改變結構的地震影響系數，從而改變結構的地震剪力。

結構整體計算分析時，可根據結構的類型、填充墻的多少、填充墻材料的類別（多孔磚、空心磚、混凝土小型空心砌塊、輕集料混凝土小型空心砌塊、加氣混凝土砌塊等）來確定周期折減系數的取值。

《高規》第3.3.17條規定，當非承重的填充墻為磚墻時，框架結構、框架剪力墻結構和剪力墻結構的計算自振周期折減系數ψT可按下列規定取值：框架結構：0.6～0.7；框架剪力墻結構：0.7～0.8；剪力墻結構：0.9～1.0；對于其他結構體系或采用其他非承重墻體材料時，可根據工程情況確定周期折減系數。

《建筑抗震設計手冊》建議：當采用多孔磚和小型塊填充墻時，結構計算自振自期折減系數ψT可按下表采用；當為輕質墻體或外墻掛板時，結構計算自振周期折減系數ψT可取0.8～0.9。

注：1）ψc為有砌體填充墻框架榀數與框架總榀數之比；2）無括號的數值用于一片填充墻長6m左右時，括號內的數值用于一片填充墻長為5m左右時。

由于房屋建筑的使用功能不同，框架填充墻的數量和砌筑位置常常不同，變化很大。為了減輕填充墻剮度和質量對結構整體計算分析的不利影響，建議盡可能采用輕質填充墻材料，有條件時，宜使填充墻與框架柱柔性連接（參見國家標準圖集03G329-1第19頁）。結構整體分析計算時，《高規》第3.3.17條建議采用折減系數ψT對結構計算自振周期進行折減，以近似考慮填充墻剛度的不利影響，是工程經驗的簡化做法。

參考文獻

[1]龔思禮建筑抗震設計手冊[M]，2北京：中國建筑工程出版社，2002