SATWE總信息中各項參數(shù)的合理選取

崔紀(jì)紅

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

一、總信息中各項參數(shù)的合理選取

1.1 結(jié)構(gòu)材料信息參數(shù)

目前，在建筑工程中，按結(jié)構(gòu)材料分類，廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼與混凝土的混合結(jié)構(gòu)四大類。結(jié)構(gòu)材料信息參數(shù)可根據(jù)具體工程的結(jié)構(gòu)材料類型，在上述四大類結(jié)構(gòu)中選取一種。

1.2 混凝土容重和鋼材容重參數(shù)

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(jié)構(gòu)整體計算時通過樓（屋）面“荷載平面圖”輸入外，梁、柱、墻等構(gòu)件表面的建筑裝修層（包括鋼構(gòu)件表面的防火、防腐蝕涂層或外包輕質(zhì)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(shù)來考慮。

根據(jù)具體工程的裝修情況，鋼筋混凝土材料容重的增大系數(shù)一般可取1.04～1.10，鋼材容重的增大系數(shù)一般可取1.04～1.18。即結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)構(gòu)件可能有加勁板和構(gòu)件連接用節(jié)點板、拼接板及高強(qiáng)度螺栓等的重量。

1.3 地下室層數(shù)

多高層建筑，特別是高層建筑，一般均設(shè)有地下室。在結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計中，上部結(jié)構(gòu)與地下室應(yīng)作為一個整體進(jìn)行設(shè)計計算。將上部結(jié)構(gòu)與地下室分離計算，或者指定地下室水平嵌固層數(shù)（例如，對于一個有二屋地下室的結(jié)構(gòu)，在“地下室數(shù)”參數(shù)項內(nèi)若填-1，則表示上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下二層頂板部位；若填-2，則表示上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在地下室嵌固部位的總水平地震剪力對地下室結(jié)構(gòu)的影響。

在用PKPM建模時，地下室有幾層應(yīng)建幾層，并在“地下室層數(shù)”參數(shù)項內(nèi)，填人相應(yīng)的層數(shù)數(shù)值。

根據(jù)抗震規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率翼敳坎荒茏鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下一層的底板部位通常可滿足上部結(jié)構(gòu)的嵌固要求。這時，可將地下室的層數(shù)減少一層后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體補(bǔ)充計算。結(jié)構(gòu)設(shè)計可取上部結(jié)構(gòu)嵌固在地下室頂部和地下一層底部兩種情況的包絡(luò)結(jié)果。上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的條件和要求及設(shè)計注意事項將另行討論。

1.4 豎向荷載計算信息參數(shù)

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(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，然后將荷載一次性地加到結(jié)構(gòu)上。由于豎向荷載是一次性地加到結(jié)構(gòu)上，從而造成結(jié)構(gòu)豎向位移偏大。這對于框架核心筒類結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致二者之間產(chǎn)生較大的豎向位移差。這種位移差常會使結(jié)構(gòu)中間技術(shù)出現(xiàn)較大沉降，從而使上部樓層與之相連的框架梁端負(fù)彎矩很小或不出現(xiàn)負(fù)彎矩，造成配筋困難。所以目前工程在多數(shù)情況下，已很少采用一次性加載方式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計算。一次性加載的計算方法僅適用于低層結(jié)構(gòu)或上傳荷載結(jié)構(gòu)，如吊柱以及采用懸挑腳手架施工的長懸臂結(jié)構(gòu)等。

1.4.2 模擬施工加載1

這種計算方法也是假定結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，然后再將豎向荷載分層加到結(jié)構(gòu)上。采用這種加載方式與實際情況仍有差別，但結(jié)構(gòu)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(qū)別是先將結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件剛度放大10倍，然后再按模擬施工加載1進(jìn)行加載，這樣做的主要目的是為了削弱豎向荷載按構(gòu)件剛度的重分配，使柱、墻上分得的軸力比均勻，接近手算結(jié)果，傳給基礎(chǔ)的荷載更為合理。

這種加載方法僅適用于框架剪力墻類結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計。由于將豎向構(gòu)件的剛度放大10倍依據(jù)不足，工程經(jīng)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(chǔ)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)果比模擬施工加載1的稍大，增大量在5%的范圍內(nèi)。

（2）框架角柱的彎矩，模擬施工加載3的計算結(jié)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(guān)系。

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

因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計算時，如條件許可，應(yīng)優(yōu)先選擇模擬施工加載3來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的豎向荷載計算，以保證結(jié)構(gòu)的安全。模擬施工加載3還能改善框架剪力墻類結(jié)構(gòu)傳給基礎(chǔ)的荷載的合理性。模擬施工加載3的缺點是工作量大。

強(qiáng)調(diào)采用模擬施工加載3進(jìn)行結(jié)構(gòu)豎向荷載計算，并不是說對于所有的結(jié)構(gòu)，都可以采用模擬施工加載3。例如長懸臂結(jié)構(gòu)，當(dāng)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(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)

結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)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(jié)構(gòu)。采用SATWE等軟件計算這些結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移時，只考慮了這些結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件（梁、柱、剪力墻或簡體等）的剛度，沒有考慮非承重結(jié)構(gòu)（如填充墻等）的剛度，因而結(jié)構(gòu)的計算自振周期較結(jié)構(gòu)的實際自振周期要長。抗震設(shè)計時，若以結(jié)構(gòu)的計算周期來計算地震作用，將使結(jié)構(gòu)的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)的抗震計算不安全。為此，2010年版《抗震規(guī)范》第13.2.1條和《高規(guī)》第3.3.17條都規(guī)定，抗震計算時，結(jié)構(gòu)的計算自振周期應(yīng)考慮非承得結(jié)構(gòu)（如填充墻）的剛度的影響而予以折減。

結(jié)構(gòu)的周期折減系數(shù)不改變結(jié)構(gòu)的自振特性，只改變結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)，從而改變結(jié)構(gòu)的地震剪力。

結(jié)構(gòu)整體計算分析時，可根據(jù)結(jié)構(gòu)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(shù)的取值。

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

《建筑抗震設(shè)計手冊》建議：當(dāng)采用多孔磚和小型塊填充墻時，結(jié)構(gòu)計算自振自期折減系數(shù)ψT可按下表采用；當(dāng)為輕質(zhì)墻體或外墻掛板時，結(jié)構(gòu)計算自振周期折減系數(shù)ψT可取0.8～0.9。

注：1）ψc為有砌體填充墻框架榀數(shù)與框架總榀數(shù)之比；2）無括號的數(shù)值用于一片填充墻長6m左右時，括號內(nèi)的數(shù)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(shù)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(zhì)量對結(jié)構(gòu)整體計算分析的不利影響，建議盡可能采用輕質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)圖集03G329-1第19頁）。結(jié)構(gòu)整體分析計算時，《高規(guī)》第3.3.17條建議采用折減系數(shù)ψT對結(jié)構(gòu)計算自振周期進(jìn)行折減，以近似考慮填充墻剛度的不利影響，是工程經(jīng)驗的簡化做法。

參考文獻(xiàn)

[1]龔思禮建筑抗震設(shè)計手冊[M]，2北京：中國建筑工程出版社，2002