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1、SATWE改进小嘴儿冰凉 nbsp 2011年07月26日SATWE改进2011年07月26日二、2001年4月版SATWE的主要改进2.1结构周期、地震力计算结果输出文件WZQ.OUT2.1.1各振型的振动方向正在修订的高规为控制结构的扭转效应，对扭转振动周期和平动振动周期的比值给出了明确规定。SATWE软件参考ETABS的方法，给出了如何判断一个周期是扭转振动周期还是平动振动周期的方法。输出信息如下： 3-Dimensional Vibration Period (Seconds) and Vibration Coefficient in X, Y Direction and Torsio
2、n Mode No Period Angle Movement Torsion 其中：Mode No 为周期序号 Period 为周期值，单位（秒） Angle 振动角度，单位（度） Movement 平动振动系数 Torsion 扭转振动系数 对于一个振动周期来说，若扭振动系数等于1，则说明该周期为纯扭转振动周期。若平动振动系数等于1，则说明该周期为纯平动振动周期，其振动方向为Angle，若Angle=0度，则为X方向的平动，若Angle=90度，则为Y方向的平动，否则，为沿Angle角度的空间振动。 若扭振动系数和平动振动系数都不等于1，则该周期为扭转振动和平动振动混合周期。 2.1.2
3、地震作用效应最大的方向在SATWE软件的参数定义菜单中有一个参数：“水平力与整体坐标夹角Angle”， 该参数为地震力、风力作用方向与结构整体坐标的夹角。当需进行多方向侧向力核算时，可改变此参数，则程序以该方向为新的X轴进行坐标变换，这时计算的X向地震力和风荷载是沿Angle角度方向的，Y向地震力和风荷载是垂直于Angle角度方向的。 对于复杂结构，难以直观地判断出哪个方向的地震作用效应最大，而工程设计中又应该沿该方向（或垂直于该方向）作用水平力进行设计校核。新版SATWE程序增加了地震作用效应最大的方向计算功能，输出信息如下，其中Angle的单位为度。 The Direction in Wh
4、ich the Responce of Earthquake is Maximum Angle = ? (Degree) 2.1.3 主振型判断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，SATWE程序中给出了各振型对基底剪力贡献比例的计算功能，输出信息如下： Bese-Shear Force of each Vibration Mode in X Direction - Mode No Force Ratio(%) 其中： Mode No 为振型序号 Force 为该振型的基底剪力 Ratio 为该振型的基底剪
5、力占总基底剪力的百分比。 通过参数Ratio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。 2.1.4 振型数取值合理性判断 对于刚度不均匀的复杂结构，尤其对于多塔结构，在考虑扭转耦连计算时，很难确定应该取多少个振型计算其地震力，若计算振型数给少了，有些地震力计算不出来，结构的抗震设计不安全，而计算振型数给的太多，计算量增加很多，影响计算效率。SATWE软件参考ETABS的方法，引进了振型有效质量概念，根据用户给定的计算振型数nMode，计算出X方向和Y方向的振型有效质量Cmass-x和Cmass-y，通过Cmass-x和Cmass-y的大小来判断所给定
6、的nMode是否已足够。输出信息如下： Coefficient of effective mass in X directiona: Cmass-x = ?（%） Coefficient of effective mass in Y directiona: Cmass-y = ?（%） 其中 程序给出的Cmass-x和Cmass-y为百分数， Cmass-x和Cmass-y越大，表明对计算地震力有贡献的质量越多，未计算出来的地震力越少。从理论上讲，Cmass-x和Cmass-y应达到100%，才不至于丢失地震力，但实际计算中无法达到100%的理论值，计算经验表明，若Cmass-x或Cmass-
7、y小于80%，则说明用户给定的计算振型数不够，应增加计算振型数。 2.1.5各层地震剪力输出为了便于设计人员更深入地把握设计方案，在WZQ.OUT文件中增加了结构各层地震剪力输出功能。输出信息如下： Shear Force of the Building (CQC) 或（SRSS） - Floor Tower Fx Vx Mx (kN) (kN) (kN-m) 其中：Floor 为层号 Tower 为塔号 Fx 为该层该塔的地震力，若不考虑扭转耦连，则为SRSS法计算结果，若考虑扭转耦连，则为CQC法计算结果 Vx 为该层该塔的地震剪力 Mx 为该层该塔的地震倾覆弯矩 2.2模拟施工荷载计算由
8、于恒载的特殊性，在2001年4月以前版本的SATWE软件中有“一次性加载”和“模拟施工加载”计算恒载作用效应的功能，其中“模拟施工加载”方式较好地模拟了在钢筋混凝土结构施工过程中，逐层加载，逐层找平的过程（详见SATWE说明书8.1.6节）。但这是在“基础嵌固约束”假定前提下的计算结果，未能考虑基础的不均匀沉降对结构构件内力的影响。若结构地基无不均匀沉降，上述分析结果更能较准确地反映结构的实际受力状态，但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，而剪力墙核心筒受力偏大，并给基础设计带来一定的困难。为了解决这一问题，2001年4月以后版本的SAT
9、WE软件中增加了一种新的“模拟施工加载”计算方法，将原模拟施工加载的计算方法记作“模拟施工加载1”，将新的模拟施工加载方法称之为“模拟施工加载2”。 “模拟施工加载2”是在原模拟施工加载计算原则的基础上，通过间接方式（将竖向构件的轴向刚度增大10倍），在一定程度上考虑了基础的不均匀沉降。这样，基础的受力更均匀。对于框剪结构而言，外围框架柱受力有所增大，剪力墙核心筒受力略有减小。 “模拟施工加载2”在理论上并不严密，只能说是一种经验上的处理方法，但这重经验上的处理，会使地基有不均匀沉降的结构的分析结构更合理，能更好地反映这类结构的实际受力状态。设计人员在软件应用中，可根据工程的实际情况，选择使用
10、。“模拟施工加载” 和“模拟施工加载2”所得到的计算结果，在局部可能会有较大差异。2.3 墙元的改进2.3.1墙元侧向节点的改进在SATWE的说明书中曾详细介绍了墙元的侧向节点信息的含义。墙元的侧向节点信息是墙元刚度矩阵凝聚计算的一个控制参数，若选“出口”，则只把墙元因细分而在其内部增加的节点凝聚掉，四边上的节点均作为出口节点，墙元的变形协调性好，分析结果符合剪力墙的实际，精度高，但计算量较大，因为墙元两侧节点均为独立节点，每个节点都有六个独立的自由度；若选“内部”，则只把墙元上、下边的节点作为出口节点，墙元的其它节点均作为内部节点而被凝聚掉，这时，带洞口的墙元两侧边中部的节点为变形不协调点。
11、这种处理方法是对剪力墙的一种近似简化模拟，墙元的刚度略有降低，其精度略逊于前者，但效率高，计算量比前者少许多。 为了减小因采用“内部”节点方式而引进的模型简化误差，2001年4月以后版本的SATWE软件对墙元作了改进，当采用“内部”节点方式计算时，在墙元的侧边引进了相应的附加位移场约束，从而改善了带洞口的墙元两侧边中部节点的变形协调性，提高了计算精度，使“出口”和“内部”节点两种方式的计算结果非常接近，这样更加突出了“内部”节点方式的优点：计算效率提高很多，而且计算精度损失很少。 2.3.2墙元与梁单元连接关系的改进在SATWE软件中，墙元是在壳元的基础上形成的，是二维单元，梁单元是一维单元，
12、二者的位移场不同（这与SAP、STAAD III等软件是一致的），在墙元与梁单元的连接处需引进特殊的过渡单元，原来的SATWE借鉴了ETABS的处理方法，采用的是一种特殊的梁元。在有些情况下，这种处理方式模拟的连接刚度偏小，计算的梁端负弯矩偏小，跨中正弯矩偏大。2001年4月以后版本的SATWE软件对墙元与梁单元的连接过渡单元作了改进，在墙元与梁单元的交接面上引进了附加位移场约束，使墙元与梁单元在其交接面上水平位移相同，竖向位移相同，转角相同，这样可以更真实地模拟墙元与梁单元的连接关系，进一步提高了计算精度。 2.3.3墙元洞口部分连梁的改进在SATWE软件应用中，剪力墙洞口部分的模型输入一直
13、是一个问题：是按剪力墙开洞方式输入，还是按连梁方式输入？若按剪力墙开洞方式输入，则采用壳元模拟其刚度；若按连梁方式输入，则采用梁单元模拟其刚度。而壳元和梁单元的刚度是不连续的，采用上述两种方式输入计算的刚度不同，其内力也不同，有时差异还比较大。若把跨度较大的连梁按剪力墙开洞方式输入，因细长壳元的刚度偏大，会使计算结果偏刚；相反，若把宽度不大的剪力墙洞口按连梁方式输入，会使计算结果偏柔。 为了减小上述两种输入方式对计算结果影响的差异，2001年4月以后版本的SATWE软件对墙元洞口部分连梁作了改进，引进了一种特殊的壳元梁式壳元。这种壳元即可退化为常规意义上的壳元，又可退化为梁单元，该单元的引入，
14、解决了壳元和梁单元的刚度的不连续问题，减小了按上述两种方式输入导致的计算结果之间的差异。 一般来说，我们建议：若剪力墙洞口比较大，洞口之间部分以弯曲变形为主，则应按连梁方式输入；若剪力墙洞口不大，洞口之间部分以剪切变形为主，则应按剪力墙开洞方式输入；对于介于上述二者之间的情况，难以直观地判断其变形特征时，可按剪力墙开洞方式输入。 2.4 多层版钢结构构件截面验算在2001年4月以后版本的SATWE软件中，对有抗震要求的钢结构构件的验算，根据结构的层数不同，区别对待。对于9层和9层以下的钢结构，按抗震规范（报批稿）要求验算构件截面的宽厚比、高厚比和长细比，其结果仅供参考；对于10层和10层以上的
15、钢结构，按高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ 99-98）要求验算构件截面的宽厚比、高厚比和长细比。对于非抗震的钢结构，没有多高层之分，都按钢结构设计规范（GBJ17-88）进行验算。 三、有关功能说明 3.1 地震力“算法1”、“算法2”的区别和适用范围在“振型分解法”中， SATWE软件提供了两种计算方法，分别为“算法1”和“算法2”。“算法1”为“侧刚计算方法”，这是一种简化计算方法，只适用于采用楼板平面内无限刚假定的普通建筑和采用楼板分块平面内无限刚假定的多塔建筑。对于这类建筑，每层的每块刚性楼板只有两个独立的平动自由的和一个独立的转动自由度，“侧刚”就是依据这些独立的平动和转动自由度而形成的浓缩刚度阵。“侧刚计算方法”的优点是分析效率高，由于浓缩以后的侧刚自由度很少，所以计算速度很快。但“侧刚计算方法”的应用范围是有限的，当定义有弹性楼板或有不与楼板相连的构件时(如错层结构、空旷的工业厂房、体育馆所等)，“侧刚计算方法”是近似的，会有一定的误
