第3章 SATWE空间组合结构有限元分析与设计

要在使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发研的PKPM系列软件中的高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）进行高层结构的配筋计算后，可以得到一些计算结构图形和文本。

本文仅以SATWE程序的电算结果，结合现行规范条文的要求，谈谈如何对高层结构电算结果进行判读、分析、控制与调整。

关键字：高层建筑，建筑结构，SATWE，电算结果，限值，分析，调整引言;高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）是中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析件。

根据SATWE电算结果文件，可以方便快捷的对《建筑抗设计规范GB50011-2001（2008版）》(以下简称为抗规);《高建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》(以下简称为高规)中规一些重要参数的限值，如位移、周期、轴压比、层刚度比、重比、刚重比、层间受剪承载力比等的限值进行判读、分析、调整与控制。

本文对电算结果中最重要的三个文本输出文和一个图形输出文件，逐条进行分析。

一、结构设计信息WMASS.OUT 本文本信息需要分析与调整的主要包括刚度比、刚重比和层间受剪承载力之比。

1.1刚度比的控制1.1.1规范条文及其控制意义见《高规》4.4.2、5.1.14条及《抗规>>3.4.2条。

控制刚度比主要为控制结构竖向规则，刚度突变，形成薄弱层。

1.1.2电算结果判读分析剪切刚度主要用于底部大空间为一层转换结构（例如一层框支）及地下室嵌固条件的判定，判断地下室嵌固时，依据《高规》5.3.7，地下室其上一层的计算信息中Ratx，Raty结果不应大于0.5。

剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构（例如二层以上框支）；通常工程都采用地震剪力与地震层间位移比。

在各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息中Ratx1，Raty1结果大于等1 。

即满足规范要求。

1.1.3不满足时的调整方法应适当加强本层墙柱、梁的刚度，适当削弱上部相关楼层墙柱、梁的刚度。

PKPM V4.1版SATWE新功能——楼板有限元分析与设计目 录1.PKPM楼板设计概述2.SATWE楼板有限元设计流程3.SATWE楼板有限元设计的技术条件4.SATWE楼板有限元设计结果查看及接力施工图1.PKPM楼板设计概述楼板分析设计砼结构施工图——板施工图SATWE 楼板有限元PMSAP 楼板有限元SLAB 楼板有限元1.PKPM楼板设计概述•按房间计算楼板，矩形房间采用静力计算，复杂房间采用有限元分析砼结构施工图——板施工图•整层楼板按有限元分析，可设计无梁楼盖、空心楼盖SLAB 楼板有限元•整体结构楼板有限元分析，可进行水平荷载、温度荷载下楼板计算和设计PMSAP 楼板有限元•同PMSAP 楼板分析和设计SATWE 楼板有限元1.PKPM楼板设计概述位移云图目 录1.PKPM楼板设计概述2.SATWE楼板有限元设计流程3.SATWE楼板有限元设计的技术条件4.SATWE楼板有限元设计结果查看及接力施工图2.SATWE楼板有限元设计流程PMCAD建模SATWE分析设计绘楼板施工图前处理参数定义分析、设计后处理结果查看2.1 前处理定义•勾选楼板有限元设计参数；2.1 前处理定义•设置楼板保护层厚度和钢筋等级；2.1 前处理定义弹性板6弹性板3弹性膜刚性板2.2 分析、设计•生成数据并计算；分析模型简图2.3 后处理查看结果•结果查看（位移等值线）；2.4 绘楼板施工图•读取SATWE有限元结果；2.4 绘楼板施工图•自动布置钢筋；目 录1.PKPM楼板设计概述2.SATWE楼板有限元设计流程3.SATWE楼板有限元设计的技术条件4.SATWE楼板有限元设计结果查看及接力施工图3.1 楼板有限元设计改变楼面荷载传力路径平面导荷楼板有限元•分析模型不同，传力路径不同；3.1 楼板有限元设计改变楼面荷载传力路径•荷载下楼板位移效应不同；弹性板6+楼面导荷弹性板6+楼板有限元3.1 楼板有限元设计改变楼面荷载传力路径•与“弹性板6+楼面荷载导荷”不同，楼板有限元设计时增加竖向荷载下梁扭矩和墙面外弯矩；3.1 楼板有限元设计改变楼面荷载传力路径•与“刚性楼板假定”不同，楼板有限元设计时减小竖向荷载下梁弯矩；3.2 楼板有限元设计的配筋•引入概念“楼板配筋角度ALF”，ALF是楼板配筋方向与局部坐标系x轴的逆时针转动夹角，ALF+90°则是楼板另一配筋方向；X Y3.2 楼板有限元设计的配筋•以单向板为例；3.2 楼板有限元设计的配筋•单向板配筋结果（板底简化配筋）；3.2 楼板有限元设计的配筋•单向板配筋结果（板顶简化配筋）；3.2 楼板有限元设计的配筋•楼板配筋原则：1）当轴拉比大于0.15时，按照拉弯和纯弯配筋取大值；2）当轴压比大于0.15时，按照压弯和纯弯配筋取大值；3）除上述两种情况外，按照纯弯进行配筋；可在GJ工具中，分别对应采用梁正截面、柱正截面、梁正截面进行校核。

结构计算SATWE的应用1前言计算软件是现在设计人员经常使用到的工具，它帮助设计人员从繁琐的计算过程中解脱出来。

但是设计人员必须知道程序只能起到设计工具的作用，并不能代替设计，所以就需要我们的结构设计人员充分的理解程序的适用范围、条件和校对结果的合理性、可靠性。

在设计程序中有很多设计参数需要设计人自己确定，首先就是要让设计人员真正的掌握工程的设计过程，能够尽可能的控制设计过程。

其次就是要把一些关键的责任交由设计人员来担任，如《高层建筑混凝土结构技术规程》的5．1．16条要求对结构分析软件的计算结果，应进行分析结果判断，确认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。

是我们设计人员现在广泛应用的计算软件。

其中的是应现代多、高层建筑发展要求而研制的空间结合结构有限于元分析软件。

现在我就谈谈自己在使用中对的一些体会。

2的特点1模型化误差小、分析精度高。

2计算速度快。

3强大的后处理功能。

3．进行结构计算的要点3．1接生成数据结构计算中，在中建立结构模型的数据后，在中还需要对这些数据进行分析和补充，设计时需考虑以下几点1施加荷载方式的选择。

由于恒载的特殊性，软件将施加荷载的方式分为3种不计算恒活荷载一次性加载和模拟施工加载。

其中一‘‘模拟施加载1，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；模拟施工加载2足将竖向杆件的刚度放大10倍后再做施工模拟，其计算仅对基础起作用。

这样做将使得柱和墙上分得的轴力比较均匀。

接近手算结果，传给基础的荷载更为合理。

所以高层建筑一般选择模拟施工加载，高层框剪基础宜按模拟施工加载2，多层建筑一般选择一次性加载。

2振型的数量。

振型数的多少与结构层数及结构形式有关，应保证振型参与质量系数不小于总质量的90％。

对于规则结构，振型数一般取3～5，当考虑耦联时取9—15；对于级高度的高层建筑结构和复杂高层建筑结构的振型数不应少于5；对于多塔结构，振型数不应小于9×塔数。

SATWE结构有限元分析设计软件参数理解与选择（二）四．活荷载信息1.柱、墙活荷是否折减注意PM建模中的荷载折减和这里的折减是叠加的，不应重复选择。

---《荷规》4.1.2 设计楼面梁、墙、柱及基础时，表4.1.1中的楼面活荷载标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数。

1 设计楼面梁时的折减系数：1)第1(1)项当楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9；2)第1(2)～7项当楼面梁从属面积超过50m2／时应取0.9；3)第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵肋应取0.8；对单向板楼盖的主梁应取0.6对双向板楼盖的梁应取0.8；4)第9—12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。

2 设计墙、柱和基础时的折减系数1)第1(1)项应按表4.1.2规定采用；2)第1(2)～7项应采用与其楼面梁相同的折减系数；3)第8项对单向板楼盖应取0.5；对双向板楼盖和无梁楼盖应取0.8；4)第9～12项应采用与所属房屋类别相同的折减系数。

注：楼面梁的从属面积应按梁两侧各延伸二分之一梁间距的范围内的实际面积确定。

表4.1.2 活荷载按楼层的折减系数注：当楼面梁的从属面积超过25n／时，应采用括号内的系数。

2.传给基础的活荷载是否折减注意PM建模中的荷载折减和这里的折减是叠加的，不应重复选择。

---《荷规》4.1.2……..3.考虑活荷不利布置的最高层号多层、高层建筑均宜取全部楼层。

---《高规》5.1.8 高层建筑结构内力计算中，当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑楼面活荷载不利布置引起的梁弯矩的增大。

4.活荷折减系数---《荷规》4.1.2…….五．调整信息1.梁端负弯矩调幅系数即考虑梁的塑性内力重分布，通过调整使梁的负弯矩减小，增加跨中弯矩，使梁上下配筋均匀一些。

对于现浇框架主梁取0.8-0.9；对装配整体式框架主梁取0.7-0.8。

---《高规》5.2.3 在竖向荷载作用下，可考虑框架梁端塑性变形内力重分布对梁端负弯矩乘以调幅系数进行调幅，并应符合下列规定：1 装配整体式框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.7～0.8；现浇框架梁端负弯矩调幅系数可取为0.8～0.9；2 框架梁端负弯矩调幅后，梁跨中弯矩应按平衡条件相应增大；3 应先对竖向荷载作用下框架梁的弯矩进行调幅，再与水平作用产生的框架梁弯矩进行组合；4 截面设计时，框架梁跨中截面正弯矩设计值不应小于竖向荷载作用下按简支梁计算的跨中弯矩设计值的50%。

SA TWE结构有限元分析设计软件参数理解与选择(一时间:2009-05-24 00:00来源:/bl 作者:admin 点击:3680次可按该方向角输入计算,无地下室时填0。

7. 壳元最大边长:是墙元细分时需要的一个参数。

程序限定1-5,应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。

4 8 、9 度时的大跨度和长悬臂结构及9 度时的高层建筑,对其平面规则性进行判定。

再在真实条件下计算一.总信息1. 水平力与整体坐标夹角:一般情况下取0,平面复杂(如L形、三角形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,但实际上是按0、45各算一次即可。

当程序给出的最大地震力方向大于15度时,可按该方向角输入计算,配筋取三者的大值。

2. 混凝土重度(KN/m3:一般框架结构取25,框剪结构取26,剪力墙结构取27。

3. 钢材重度:一般取78。

4. 裙房层数:层数是计算层数,等同于裙房屋面层层号。

---《高规》4.8.6抗震设计时,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构造措施。

5. 转换层所在层号:层号是计算层号。

6. 地下室层数:指上部结构同时进行内力分析的地下室部分层数。

当地下室局部层数不同时,以主楼地下室层数输入,无地下室时填0。

7. 壳元最大边长:是墙元细分时需要的一个参数。

程序限定1-5,隐含为2。

对于一般工程可取2,对于框支剪力墙结构,可取得小些如1.5或1.0。

8. 墙元侧向节点信息:在为配筋而进行的工程计算中,对于多层结构,由于剪力墙相对较少,工程规模相对较小,应选“出口”,而对于高层结构,由于剪力墙相对较多,工程规模相对较大,可选“内部”。

9. 结构材料信息:混凝土结构;钢与混凝土混合结构;钢结构;砌体结构。

10. 结构体系:框架;框剪;框筒;筒中筒;剪力墙;短肢剪力墙;复杂高层;板柱剪力墙。

11. 恒活荷载计算信息:不计算竖向荷载即不计算竖向力;一次性加载主要用于多层结构,因为施工的层层找平对多层结构的竖向变位影响很小,所以不要采用模拟施工方法计算;模拟施工加载1主要用于一般的多层、高层建筑,---《高规》5.1.9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。

SATWE高层建筑结构空间有限元分析与设计程序SATWE是高层建筑结构分析与设计有限元分析程序。

与TAT的区别在于墙和楼板的计算模型不同，SATWE对剪力墙采用的是在壳元基础上凝聚而成的墙元模型，对于楼盖，SATWE程序采用多种模式来模拟，有“刚性楼板”和“弹性楼板”两种。

采用墙元模型，在建模时就不需要像TAT程序那样做那么多的简化，只需要按实际情况输入即可；应用弹性楼板可以准确地计算更复杂、不规则的实际工程。

第一节、SATWE的特点及应用一、SATWE与TAT程序的对比SATWE是利用壳元理论的三维组合结构分析与设计有限元分析程序，TAT是利用薄壁杆件理论的三维杆系结构有限元分析程序。

二者均属于空间三维高层建筑结构空间分析程序，已有很多应用实例，但是它们是两种不同的程序，有如下区别：1、TAT采用薄壁杆件理论，它具有两个基本假定：（1）把彼此相连在一起的剪力墙模型简化为一个薄壁杆件单元，把上、下层剪力墙洞口间的部分模型化为一个连系梁单元（容许开裂，可以进行刚度折减的梁单元）。

（2）对于楼板，假定平面内无限刚，平面外刚度为零。

SATWE采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑杆件，用在壳单元基础上凝聚而成的墙元来模拟剪力墙。

墙元是专用于模拟高层结构中剪力墙的，对于尺寸较大或带洞口的剪力墙，按照子结构的基本思想，由程序自动进行细分，然后用静力凝聚原理将由于墙单元的细分而增加的内部自由度消去，从而保证墙元的精度和有限的出口自由度，这种墙元对剪力墙的洞口的大小及空间位置无限制，具有较好的适应性。

墙元不仅具有墙所在的平面内刚度，也具有平面外刚度，可以较好地模拟工程中剪力墙的实际受力状态。

对于楼板，SATWE给出了四种简化假定：⑴楼板平面内为刚性，适用于多数常见结构；⑵分块楼板为刚性，适用于多塔或错层结构；⑶分块楼板为刚性用弹性板带连接，适用于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构及某些平面布置较特殊的结构；⑷楼板为弹性，可用于特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构。

SATWE计算结果的分析与调整引言:高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）是中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部专门为高层结构分析与设计而开发的基于壳元理论的三维组合结构有限元分析软件。

根据SATWE电算结果文件，可以方便快捷的对《建筑抗震设计规范GB50011-2001（2008版）》(以下简称为抗规);《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002》(以下简称为高规)中规定一些重要参数的限值，如位移、周期、轴压比、层刚度比、剪重比、刚重比、层间受剪承载力比等的限值进行判读、分析、调整与控制。

本文对电算结果中最重要的三个文本输出文件和一个图形输出文件，逐条进行分析。

一、结构设计信息WMASS.OUT本文本信息需要分析与调整的主要包括刚度比、刚重比和层间受剪承载力之比。

1.1刚度比的控制1.1.1规范条文及其控制意义见《高规》4.4.2、5.1.14条及《抗规》3.4.2条。

控制刚度比主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。

1.1.2电算结果判读分析剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构（例如一层框支）及地下室嵌固条件的判定，判断地下室嵌固时，依据《高规》5.3.7，地下室其上一层的计算信息中Ratx，Raty 结果不应大于0.5。

剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构（例如二层以上框支）；通常工程都采用地震剪力与地震层间位移比。

在各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息中Ratx1，Raty1结果大于等于1。

即满足规范要求。

1.1.3不满足时的调整方法应适当加强本层墙柱、梁的刚度，适当削弱上部相关楼层墙柱、梁的刚度。

如实在不便调整，SATWE会自动将不满足要求楼层定义为薄弱层，并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。

1.2刚重比的控制1.2.1规范条文及其控制意义见《高规》5.4.1及5.4.4条。

控制刚重比主要为了控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳、滑移、倾覆。

应用Satwe进行结构计算时应注意的几个重要参数作者：目前国内的大多数建筑结构设计人员都在使用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件进行混凝土结构计算。

尽管使用 PKPM软件进行建模计算是比较简单的，然而，同样的一个工程由不同的设计人员计算设计出来的施工图却往往有很多不同，甚至在经济合理等方面可能会存在较大的差距。

使用PKPM经行结构设计计算时,大多数设计人员都是用SATWE进行结构模型计算。

SATWE是应现代多、高层建筑发展要求专门为多、高层建筑设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。

使用SATWE进行结构设计时，计算参数的选择是否合适是能否设计出经济合理的结构的前提条件。

现将在学习使用过程中觉得应当重视的几个参数的如何正确选取进行总结归纳,以便在以后的设计工作中交流学习。

水平力与整体坐标夹角根据PKPM使用手册，该参数为地震力、风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角(逆时针方向为正，单位为度)。

当结构与软件整体坐标系不正交,在按这个方向重新计算地震力和风荷载时可以填入这个参数，程序会自动按照设计者输入的方向进行水平力的计算.《建筑抗震设计规范》（以下简称抗规）第5。

1。

1条和《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称高规）第3.3。

2条规定，“一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算"。

如果地震沿着不同方向作用，结构地震反应的大小一般情况下也不相同，那么一定存在某个角度使得结构地震反应最为剧烈，这个方向则称为“最不利地震作用方向".这个角度与结构的刚度与质量及结构所在位置有关,对结构可能会造成最不利的影响，在这个方向地震作用下,结构的变形及部分结构构件内力可能会达到最大。

特别是当结构不规则时，地震作用的主方向不一定就是0度和90度。

在计算中,软件本身可以自动计算出这个最不利方向角，并在计算结果文件WZQ。

OUT文件中体现。

如果这个角度绝对值大于15度，我们应按此方向角重新计算地震力，以便能投体现最不利地震作用方向的影响。