SATWE软件计算结果分析按新规范修订资料.docx

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SATWE软件计算结果分析按新规范修订资料

SATWE软件计算结果分析

一、位移比、层间位移比控制

1、规范条文：

《高规》3.4.5条规定：

在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑均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、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。

《高规》3.7.3-1规定：

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Δu/h（弹性层间位移角）不宜大于下表的限值。

结构体系

Δu/h限值

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、名词释义：

（1）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。

（2） 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。

3、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。

4、电算结果输出:

（即WDISP.OUT）

（工程实例，节选）

h:

层高

Max-（X），Max-（Y）:

X,Y方向的节点最大位移

Ave-（X），Ave-（Y）:

X,Y方向的层平均位移

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）:

最大位移与层平均位移的比值（最好小于1.2，不能超过1.5）

Ratio-Dx,Ratio-Dy:

最大层间位移与平均层间位移的比值（最好小于1.2，不能超过1.5）

Max-Dx/h，Max-Dy/h:

X,Y方向的最大层间位移角

DxR/Dx,DyR/Dy:

X,Y方向的有害位移角占总位移角的百分比例

Ratio_AX,Ratio_AY:

本层位移角与上层位移角的1.3倍及上三层平均位移角的1.2倍的比值的大者

X-Disp，Y-Disp，Z-Disp:

节点X,Y,Z方向的位移

===工况1===X方向地震作用下的楼层最大位移

FloorTowerJmaxMax-（X）Ave-（X）Ratio-（X）h

JmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/hDxR/DxRatio_AX

6137668.928.641.033000.

37662.532.461.031/1184.7.9%0.77

5132646.406.191.033000.

32642.342.271.031/1282.13.4%0.73

4127584.073.931.033000.

27582.031.971.031/1477.24.7%0.67

3122562.041.971.033000.

22561.541.481.041/1954.47.4%0.58

2117490.500.491.031600.

17490.430.421.021/3748.94.4%0.41

1111130.070.071.004200.

11130.070.071.001/9999.98.1%0.05

X方向最大层间位移角:

1/1081.（第10层第1塔）

X方向最大位移与层平均位移的比值:

1.03（第3层第1塔）

X方向最大层间位移与平均层间位移的比值:

1.12（第24层第1塔）

===工况2===X+偶然偏心地震作用下的楼层最大位移

FloorTowerJmaxMax-（X）Ave-（X）Ratio-（X）h

JmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/hDxR/DxRatio_AX

6138159.218.731.053000.

38152.642.491.061/1136.7.8%0.77

5133136.586.261.053000.

33132.422.291.061/1238.13.3%0.73

4128074.163.971.053000.

28072.091.981.051/1436.24.3%0.67

3123052.081.991.053000.

23051.561.501.051/1918.46.7%0.58

2117980.510.491.051600.

17980.450.421.061/3566.93.1%0.41

1111130.070.071.004200.

11130.070.071.001/9999.99.2%0.05

X方向最大层间位移角:

1/1021.（第10层第1塔）

X方向最大位移与层平均位移的比值:

1.07（第22层第1塔）

X方向最大层间位移与平均层间位移的比值:

1.08（第22层第1塔）

===工况3===X-偶然偏心地震作用下的楼层最大位移

FloorTowerJmaxMax-（X）Ave-（X）Ratio-（X）h

JmaxDMax-DxAve-DxRatio-DxMax-Dx/hDxR/DxRatio_AX

6137669.598.561.123000.

37662.732.441.121/1098.8.0%0.77

5132646.876.131.123000.

32642.522.251.121/1190.13.4%0.73

4127584.363.891.123000.

27582.181.951.121/1375.25.1%0.67

3122562.181.951.123000.

22561.641.471.121/1826.48.2%0.58

2117490.530.481.111600.

17490.460.411.101/3511.95.7%0.41

1111130.080.071.004200.

11130.080.071.001/9999.96.9%0.05

X方向最大层间位移角:

1/1003.（第10层第1塔）

X方向最大位移与层平均位移的比值:

1.12（第6层第1塔）

X方向最大层间位移与平均层间位移的比值:

1.20（第24层第1塔）

5、电算结果的判断和调整要点：

（1）若位移比（层间位移比）超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用。

（2）验算位移比需要考虑偶然偏心作用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心。

（实际上《高规》3.7.3条附注中注明Δu在地震设计时可不考虑偶然偏心的作用？

）

（3）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。

（4）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。

（5）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、周期比控制

1、规范条文：

《高规》3.4.5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、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。

2、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。

3、电算结果输出:

（即WZQ.OUT）

（工程实例，节选）

======================================================================

周期、地震力与振型输出文件

（VSS求解器）

======================================================================

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

11.8784178.211.00（1.00+0.00）0.00

21.810388.251.00（0.00+1.00）0.00

31.60579.790.01（0.01+0.00）0.99

40.5634178.931.00（1.00+0.00）0.00

50.536588.951.00（0.00+1.00）0.00

60.47793.660.01（0.01+0.00）0.99

70.2910179.070.99（0.99+0.00）0.01

地震作用最大的方向=-1.770（度）

………………………………………………………………………

X方向的有效质量系数:

99.50%（>90%）

Y方向的有效质量系数:

99.56%（>90%）

4、电算结果的判断：

（1）根据各振型的平动系数大于0.5，还是扭转系数大于0.5，区分出各振型是扭转振型还是平动振型；

（2）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；

（3）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，如果仅是局部振动，则不是第一扭转/平动周期，再考察下一个次长周期； 

（4）考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大；

（5）计算Tt/T1，看是否超过0.9（或0.85）。

注：

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。

针对上面输出实例：

即1.6057/1.8784=0.855<0.9

99.50%、99.56%  >90% （说明无需再增加振型计算）

5、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（高层建筑结构计算振型数不应小于9，抗震计算时，宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应,振型数不小于15，对于多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的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，使结构不致于出现过大（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、增加外围连梁的高度、削弱内筒的刚度。

（4）扭转周期控制及调整难度较大，要查出问题关键所在，采取相应措施，才能有效解决问题。

  a、扭转周期大小与刚心及形心的偏心距大小无关，只与楼层抗扭刚度有关；

  b、剪力墙全部按照同一主轴两向正交布置时，较易满足；周边墙与核心筒墙成斜交布置时要注意检查是否满足；

c、当不满足周期限制时，若层位移角控制潜力较大，宜减小结构竖向构件刚度，增大平动周期；

d、当不满足周期限制时，且层位移角控制潜力不大，应检查是否存在扭转刚度特别小的层，若存在应加强该层的抗扭刚度；

e、当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大，各层抗扭刚度无突变，说明核心筒平面尺度与结构总高度之比偏小，应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚，增大核心筒的抗扭刚度；

f、当计算中发现扭转为第一振型，应设法在建筑物周围布置剪力墙，不应采取只通过加大中部剪力墙的刚度措施来调整结构的抗扭刚度。

三、层刚度比控制

1、规范条文：

（1）《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；

（2）《高规》3.5.2-1条规定（抗震设计时，高层建筑相邻楼层的侧向刚度变化限制）：

对框架结构，本层（的侧向刚度）与相邻上层（的侧向刚度）的比值不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8。

3.5.2-2条规定：

对框架-剪力墙、板柱-剪力墙、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构，本层（的侧向刚度）与相邻上层（的侧向刚度）的比值不宜小于0.9；当本层层高大于相邻上层层高1.5倍是，该比值不宜小于1.1；对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5。

（3）《高规》5.3.7条：

高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。

（4）《高规》10.2.3条：

转换层上部结构与下部结构的侧向刚度变化应符合附录E的规定。

其中，

E.0.1当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构等效剪切刚度比γe1表示转换层上、下层结构刚度的变化，γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应,小于0.4，抗震设计时γe1不应小于0.5。

E.0.2当转换层设置在第2层以上时，按本规程计算的转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。

E.0.3当转换层设置在第2层以上时，尚宜采用图E所示的计算模型按公式（E.0.3）计算转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γe2。

γe2宜接近1，非抗震设计时γe2不应,小于0.5，抗震设计时γe2不应小于0.8。

2、名词释义：

刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值（也称层刚度比），该值主要为了控制高层结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。

对于地下室结构顶板能否作为嵌固端，转换层上、下结构刚度能否满足要求，及薄弱层的判断，均以层刚度比作为依据。

《抗规》与《高规》提供有三种方法计算层刚度，即剪切刚度（Ki=GiAi/hi）、剪弯刚度（Ki=Vi/Δi）、地震剪力与地震层间位移的比值（Ki=Qi/Δui）。

通常选择第三种算法。

刚度的正确理解应为产生一个单位位移所需要的力

3、电算结果输出:

（即WMASS.OUT）

（工程实例，节选）

===========================================================================

各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息

FloorNo:

层号

TowerNo:

塔号

Xstif，Ystif:

刚心的X，Y坐标值

Alf:

层刚性主轴的方向

Xmass，Ymass:

质心的X，Y坐标值

Gmass:

总质量

Eex，Eey:

X，Y方向的偏心率

Ratx，Raty:

X，Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值（剪切刚度）

Ratx1，Raty1:

X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者（不小于规范规定值）

Ratx2，Raty2:

X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度90%、110%或者150%比值;

110%指当本层层高大于相邻上层层高1.5倍时，150%指嵌固层

RJX1，RJY1，RJZ1:

结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度（剪切刚度）

RJX3，RJY3，RJZ3:

结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度（地震剪力与地震层间位移的比）

===========================================================================

FloorNo.1TowerNo.1

Xstif=68.9961（m）Ystif=9.4937（m）Alf=0.0000（Degree）

Xmass=68.0922（m）Ymass=6.9947（m）Gmass（活荷折减）=2801.7017（2590.9060）（t）

Eex=0.0574Eey=0.1613

Ratx=1.0000Raty=1.0000

Ratx1=8.3012Raty1=4.2612

Ratx2=13.8669Raty2=7.1181

薄弱层地震剪力放大系数=1.00

RJX1=1.3559E+08（kN/m）RJY1=1.4100E+08（kN/m）RJZ1=0.0000E+00（kN/m）

RJX3=6.9814E+07（kN/m）RJY3=4.8107E+07（kN/m）RJZ3=0.0000E+00（kN/m）

---------------------------------------------------------------------------

FloorNo.2TowerNo.1

Xstif=71.6510（m）Ystif=10.4885（m）Alf=0.0000（Degree）

Xmass=71.6587（m）Ymass=11.5241（m）Gmass（活荷折减）=707.2332（658.1741）（t）

Eex=0.0006Eey=0.1042

Ratx=0.5831Raty=0.8847

Ratx1=5.0996Raty1=5.2345

Ratx2=2.1154Raty2=2.1713

薄弱层地震剪力放大系数=1.00

RJX1=7.9065E+07（kN/m）RJY1=1.2474E+08（kN/m）RJZ1=0.0000E+00（kN/m）

RJX3=1.2014E+07（kN/m）RJY3=1.6128E+07（kN/m）RJZ3=0.0000E+00（kN/m）

---------------------------------------------------------------------------

FloorNo.3TowerNo.1

Xstif=71.6616（m）Ystif=9.8942（m）Alf=0.0000（Degree）

Xmass=71.6496（m）Ymass=11.4293（m）Gmass（活荷折减）=775.6533（728.7121）（t）

Eex=0.0008Eey=0.1524

Ratx=0.5270Raty=0.5172

Ratx1=1.9271Raty1=2.0738

Ratx2=1.4989Raty2=1.6130

薄弱层地震剪力放大系数=1.00

RJX1=4.1664E+07（kN/m）RJY1=6.4512E+07（kN/m）RJZ1=0.0000E+00（kN/m）

RJX3=3.3656E+06（kN/m）RJY3=4.4016E+06（kN/m）RJZ3=0.0000E+00（kN/m）

---------------------------------------------------------------------------

FloorNo.4TowerNo.1

Xstif=71.6616（m）Ystif=9.8942（m）Alf=0.0000（Degree）

Xmass=71.6581（m）Ymass=11.6957（m）Gmass（活荷折减）=801.4179（753.3547）（t）

Eex=0.0002Eey=0.1788

Ratx=1.0000Raty=1.0000

Ratx1=1.6439Raty1=1.7670

Ratx2=1.3179Raty2=1.3836

薄弱层地震剪力放大系数=1.00

RJX1=4.1664E+07（kN/m）RJY1=6.4512E+07（kN/m）RJZ1=0.0000E+00（kN/m）

RJX3=2.4949E+06（kN/m）RJY3=3.0321E+06（kN/m）RJZ3=0.0000E+00（kN/m）

---------------------------------------------------------------------------

4、电算结果的判断与调整要点:

（1）规范对结构层刚度比和位移比的控制一样，也要求在刚性楼板假定条件下计算。

对于有弹性板或板厚为零的工程，应计算两次，在刚性楼板假定条件下