第五章TAT、SATWE讲稿(1)

第五章TAT、SATWE软件参数的理解与选择SATWE与TAT计算原理SATWE•梁、柱，支撑等杆件：用空间杆单元模拟•剪力墙：在壳元基础上凝聚而成的墙元模型•楼板：采用四种简化假定：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TAT•梁、柱，支撑等杆件：用空间杆单元模拟•剪力墙：薄壁柱计算模型•楼板：采用在平面内为无限刚性，平面外刚度为零的假定；对空旷结构可以定义弹性节点，不考虑楼板的作用。SATWE计算模型——空间杆—墙板元模型楼板有以下四种假定名称平面内刚度平面外刚度适用范围刚性板∞0(梁刚度放大)大多数工程弹性膜膜剪切刚度0楼板开大洞弹性板3∞EI板柱体系弹性板6膜剪切刚度EI板柱及所有结构注：计算Tt/T1，δ1≤1.5(δ1+δ2)/2及K1/K2时，应采用强制性刚性板假定水平力与整体座标夹角：它是地震力、风力作用方向与结构整体座标的夹角，逆时针方向为正。初始值为0，satwe可以自动计算出这个最不利方向角，并在wzq.out中输出。可根据把这个角度作为地震作用的方向角重新进行计算，以体现最不利地震作用的影响。一般情况下取0，平面复杂或抗侧力结构非正交时，理应分别按各抗侧力构件方向角算一次，但实际按0，45各算一次即可，当程序给出最大地震力作用方向大于15时，可按该方向角输入计算，配筋取三者的大值。混凝土容重：27kN/m2（在自重荷载有利的情况下，要取25kN/m2）。一般框架结构：25kN/m2，框剪结构：26kN/m2钢材容重：78kN/m2裙房层数：按实际情况。高规及抗规规定：与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级，主楼结构在裙房顶部上下各一层应适当加强抗震措施；因此该数必须给定。对所有楼板采用刚性楼板假定：《高层规程》5.1.5“进行高层内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚”。位移计算（周期计算）必须在刚性楼板假定条件下计算得到，而构件设计应采用弹性楼板计算。多层建筑：《抗规》3.4.2凹凸不规则，结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30％；楼板局部不连续，楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50％，或开洞面积大于该层楼面面积的30％，或较大的楼层错层。《抗规》3.4.3凹凸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算扭转影响。高层建筑：高规5.1.5、进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应的设计时应采取必要的措施保证楼板平面的整体刚度。条文说明：楼板有效宽度较窄的环形楼面或其他有大开洞楼面、有狭长外伸段楼面、局部变窄产生薄弱连接的楼面，联体结构的狭长连接体楼面等场合，楼板面内刚度有较大的削弱且不均匀，楼板的面内变形会使楼层内抗侧刚度较小的构件的位移和受力加大（相对刚性楼板假定而言），计算时应考虑楼板面内变形的影响。当楼板会产生较明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法进行适当的调整。……一般可对楼板削弱部位的抗侧刚度相对较小的结构构件，适当增大计算内力，加强配筋和构造措施。竖向不规则结构地震作用效应调整：抗规3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数；高规5.1.14条规定，楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%时，该楼层地震剪力应乘1.15增大系数；抗规3.4.3条规定，竖向不规则的建筑结构，竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25-1.5的增大系数。针对这些条文，程序通过自动计算楼层刚度比，来决定是否采用1.15的楼层剪力增大系数；通过用户输入的转换层号，来实现水平转换构件的地震内力放大。影响竖向构件轴向变形的因素竖向杆件的相对刚度地基的不均匀沉降结构总高及所在层位施工顺序等重力荷载作用下，影响柱、墙轴向变形的因素有哪些？《高规》5.1.9指出，高层建筑进行重力荷载作用效应分析时，柱、墙轴向变形宜考虑施工过程的影响。在竖向荷载作用下，内力计算时，如何考虑施工加载顺序？轴向变形的影响在结构内力分析中应当考虑(下图)。顶层框架梁不考虑柱轴向变形的弯矩图顶层框架梁考虑柱轴向变形的弯矩图在考虑轴向变形影响时(特别是高层结构)，要考虑分层施工、层层找平的施工过程，不能简单按一次加载考虑，否则会出现一些不合理的计算结果。在结构分析中，应根据建筑层数、地基等情况，可采用不同简化方法考虑施工顺序对轴向变形影响。Δ顶部位移差对杆件内力的影响+=ˊ不考虑竖向构件轴向位移差考虑轴向变形差有什么区别？如何确定模拟施工加载的计算简图？采用该简图有什么问题？++…+δnδ2δ1…δ3δ11δ21δ22δn1δn2δnnn层结构模拟施工加载时，须要采用n个计算模型，计算繁杂。如下图所示：如何简化施工加载的计算简图？δnδ1δ2δnδ1δ2…简化模型…施工加载的近似计算简图，只须要建立一个整体结构的计算模型即可，不须要分层建立计算模型。简化模型如下：序号计算方法轴向构件刚度适用范围基础受力1一次加载EA层数较少结构极不均匀2分层加载EA基础沉降均匀的多高层结构不均匀3分层加载考虑结构沉降10EA基础沉降不均匀的结构较均匀在竖向荷载作用下，常考虑以下三种加载方法：模拟施工加载1考虑了从下往上依次施工和逐层找平因素的影响；未考虑结构地基的不均匀沉降；若结构地基无不均匀沉降，模拟施工加载1能较准确地反映结构的实际受力状态；若结构地基有不均匀沉降，上述分析结果会存在一定的误差，尤其对于框剪结构，外围框架柱受力偏小。模拟施工加载2考虑在模拟施工加载1的基础上，近似考虑基础的不均匀沉降：（1）假定基础的刚度是均匀的；（2）竖向构件的轴向刚度放大10倍，间接减小竖向变形差。采用算法2时，计算出的传给基础的力较为均匀合理，可以避免墙轴力远大于柱轴力的不合理情形。由于竖向构件的刚度放大，将使得水平梁的两端竖向位移差减小，从而其剪力减小，这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的重分配，使柱墙上分得的轴力比较均匀，更接近于手算结果。对于高层框剪结构，在进行上部结构计算时采用算法1，在基础计算时采用算法2。风荷载计算信息：选择“计算风荷载”。地震作用计算信息：一般选择“计算水平地震力”。当满足下面规定时，选择“计算水平与竖向地震力”。•多层建筑：•《抗规》5.1.1“8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用”。•高层建筑：（强规）3.3.2、高层建筑结构应按下列原则考虑地震作用：8度、9度抗震设计时，高层建筑中的大跨度和长悬臂结构应考虑竖向地震作用；9度抗震设计时应计算竖向地震作用。3.3.15、水平长悬臂构件、大跨度结构以及结构上部楼层外挑部分考虑竖向地震作用时，竖向地震作用的标准值在8度和9度设防时，可分别取该结构或构件承受的重力荷载代表值的10％和20％。10.2.6、“8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震作用”。10.5.2“8度抗震设计时，连体结构的连接体应考虑竖向地震的影响。风荷载地面粗糙度类别：《建筑结构荷载规范》7.2.1、对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表7.2.1确定。地面粗糙程度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。修正后的基本风压：多层建筑：《建筑结构荷载规范》（强规）7.1.2、基本风压应按本规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/m2。高层建筑：《高规》（强规）3.2.2、基本风压应按照国家标准《荷规》的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用。条文说明3.2.2：对风荷载是否敏感，主要与高层建筑的自振特性有关，目前尚无使用的划分标准。一般情况下，房屋高出大于60m的高层建筑可按100年一遇的风压值采用；对于房屋高度不超过60m的高层建筑，其基本风压是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。体型系数:现代多、高层结构立面变化较大，不同的区段内的体型系数可能不一样.(程序限定最多为三段)结构基本自振周期脉动增大系数ξ与结构的基本周期有关（woT12）。结构的基本周期可采用结构力学方法计算，对于比较规则的结构，也可以采用近似方法计算：框架结构T=（0.08-1.00）N框剪结构、框筒结构T=（0.06-0.08）N剪力墙结构、筒中筒结构T=（0.05-0.06）N其中N为结构层数。也可采用结构分析得到的结构第1平动周期。地震作用计算有效质量系数扭转耦联双向地震扭转效应偶然偏心多方向水平地震作用动力特性及地震作用方法计算简图串联质点系串联刚片系串并联质点系动力特性n个主振型与n周期3n个主振型与3n周期6n个主振型与6n周期地震作用计算方法振型分解法与底部剪力法考虑扭转的振型分解法振型分解法注n为质点数n为刚片数n为节点总数•侧刚模型•采用刚性楼板假定的简化的结构刚度模型，即把房屋理想化为空间梁、柱和墙组合成的集合体，在楼板平面内由刚性楼板互相连接在一起。•不管用户在建模中有无弹性楼板、刚性楼板或越层大空间，对于无塔结构的侧刚模型假定每层为一块刚性楼板；而多塔结构则假定一塔一层为一块刚性楼板。•每块刚性楼板具有三个独立位移自由度∶两个水平平动自由度、一个绕竖向转旋转自由度。侧向刚度矩阵就是建立在这些结构自由度上的，可通过结构总体模型的刚度矩阵凝聚而成。•侧刚模型进行振型分析时结构自由度数相对较少，计算耗时少，分析效率高，但应用范围有限制。计算地震作用时如何合理的确定振型数？〈1〉振型分解反应谱法——侧刚法（初估振型数）将总地震作用分解到各主振型上。如下图：地震信息中的振型组合数宜采用(Nmode)规则结构：m=3不规则结构：m=5~6(m≤n)①有n个主振型的集中质量体系第一振型第二振型第m振型第n振型••••••取m个振型计算地震效应高振型对内力影响小，可忽略。②n层刚片体系特点：A,主振型数量大，有3*n个B,频率间隔小；采用CQC法C,一般情况一刚片系前三个振型为x,y及扭转振型，只相当质点系取一个振型。如某工程刚片系T11.41T21.26T31.17T40.39T50.36T60.32质点系T10.97T30.39TAT,SATWE地震信息中振型组合数宜取：（a）3的倍数（b）取值≤3n（c）常取一般情况可取9-15即相当质点系3-5个振型振型分解反应谱法，如何确定振型数？假设振型组合数Nmode质量有效系数＞0.9结束是否如何假设振型数？①《高规》5.1.13-2条规定：串联刚片系不应小于15；多塔不应小于塔数的9倍；②假设的振型数不应大于主振型总数。振型数的多少与结构层数及结构形式有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数也应取得多些，如顶部有小塔楼、转换层等结构形式。参看文件WZQ.OUT中Cmass的值来判断串联刚片系平动振型与扭转振型的判断mn1niXjiYjiφjim1miJ振型是平动振型还是扭转振型？扭转振型方向因子Dφj当Dθj0.5时，j振型为扭转振型。Tj为扭转周期。TjJi根据方向因子确定八层钢框架，存在大量越层柱和弹性节点，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。原因：振型整体性差，局部振动明显8层结构算了30个振型有效质量系数仍不够算了60个振型有效质量系数够了+力臂大力臂小抗扭刚度小抗扭刚度大如何减小扭转周期？减小扭转周期的主要措施是增加结构扭转刚度，增加扭转刚度应遵循《周边强》的原则：mjjyjinixixKyKK1221结构规则性:建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则，对称，并应具有良好的整体性，建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗力结