1、风荷载信息
（1）风荷载作用下结构的阻尼比
SATWE用户手册及技术条件（2010）P21页说明
以上主要是根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012,第58页：
(2)用于舒适度验算的结构阻尼比
SATWE用户手册及技术条件（2010）P22页说明
以上主要根据高规第19页3.7.6条规定
2、地震信息
用于地震作用计算的结构阻尼比
SATWE用户手册及技术条件（2010）P26页说明
和抗震规范表述的不一致：
基于应变能的各振型阻尼比的计算方法 当结构中使用不同的材料或者设置了阻尼器时，各单元的阻尼特性可能会不一样，并且阻尼矩阵为非古典阻尼矩阵，不能按常规方法分离各模态。而这时在时程分析中要使用振型叠加法，需要使用基于应变能的阻尼比计算方法。 具有粘性阻尼特性的单自由度振动体系的阻尼比，可以定义为谐振动(harmonic motion)中的消散能(dissipated energy)和结构中储藏的应变能(strain energy)的比值。 4D S E E ξπ= 在此 E D : 消散能 E S : 应变能 在多自由度体系中，计算某单元的消散能和应变能时使用两个假定。 首先假定结构的变形与振型形状成比例。第i 个振型的单元节点的位移和速度向量如下。 () (),,,,sin cos i n i n i i i n i i n i i t t ωθωωθ=+=+u φu φ 在此， ,i n u : 第i 振型中第n 个单元的位移 ,i n u : 第i 振型中第n 个单元的速度 ?i ,n : 第n 个单元的相应自由度的第i 振型形状 ωi : 第i 振型的固有圆频率 θi : 第i 振型的位相角(phase angle) 其次，假定单元的阻尼与单元的刚度成比例。 2n n n i h ω= C K 在此， C n : 第n 个单元的阻尼矩阵 K n : 第n 个单元的刚度矩阵 h n : 第n 个单元的阻尼比 基于上述假定，单元的消散能和应变能的计算如下： ()(),,,,,,,,,211,22T T D i n n i n n i n n i n T T S i n n i n i n n i n E i n h E i n ππ====u C u φK φu K u φK φ 在此， E D (i , n ) : 第i 振型的第n 个单元的消散能 E S (i , n ) : 第i 振型的第n 个单元的应变能 全体结构的第i 振型的阻尼比可以使用所有单元的第i 振型的能量的和来计算。
一、SATWE简介 ＳＡＴＷＥ是我国应现代多、高层建筑发展要求专门为高层结构分析与设计而研制的空间组合结构有限元分析软件。ＳＡＴＷＥ的核心工作就是要解决剪力墙和楼板的模型化问题。SATWE尽可能地减小其模型化误差，使多、高层结构的简化分析模型尽可能地合理，更好地反映出结构的真实受力状态。 ＳＡＴＷＥ采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。墙元是专用于模拟多、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。ＳＡＴＷＥ模拟以后由程序自动进行细分，然后用静力凝聚原理将由于墙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（仅考虑矩形洞）的大小及空间位置无限制，具有较好的适用性。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。 很重要的是，对于楼板，ＳＡＴＷＥ给出了四种简化假定： 1、楼板整体平面内无限刚； 2、分块无限刚； 3、分块无限刚带； 4、弹性连接板带和弹性楼板。在应用中，可根据工程实际情况和分析精度要求，选用其中的一种或几种简化假定。 因此ＳＡＴＷＥ适用于高层和多层钢筋砼框架，框架－剪力墙，剪力墙结构，以及高层钢结构或钢－混凝土混合结构。ＳＡＴＷＥ考虑了多、高层建筑中多塔、错层、转换层及楼板局部开大洞等特殊结构形式。
下面介绍PKPM中SATWE的总信息： 注：黄色字体代表默认或常用值 总信息.............................................. 水平力与整体坐标夹角（度）: ARF = 0.00 .....一般取0度，地震力、风力作用方向，反时针为正。 当结构分析所得的[地震作用最大的方向]＞15度时, 宜将其角度输入验算。 混凝土容重 (kN/m3): Gc = 27.00.....框架取25.2～27kN/m3，框架-剪力墙取26～27.5 kN/m3，剪力墙取26.5～28kN/m3， 钢材容重 (kN/m3): Gs = 78.00.....取78kN/m3，考虑饰面材料重量时，应填入适当值。裙房层数: MANNEX = 0 .....定义裙房层数，无裙房时填0。 转换层所在层号： MCHANGE = 0 .....定义转换层所在层号，便于内力调整，无则填0。 转换层所在层号应包含地下室层数。 地下室层数: MBASE = 0 .....定义与上部结构整体分析的地下室层数，无则填0。墙元细分最大控制长度(m) ： DMAX = 2.00 .....一般工程取2.0，框支剪力墙取1.0或1.5。 对所有楼层强制采用刚性楼板假定：是..........计算位移比与层刚度比时选[是]，《高规》5.1.5 条。计算内力与配筋及其它内容时选择[否]。 墙元侧向节点信息: 若选择[出口节点]，则墙元的协调性好，分析结果符合剪力墙的实际， 但计算量大；若选择[内部节点]，则只是对剪力墙的一种简化模拟， 其精度略逊于前者，但效率高。对于一般工程，若无特殊要求，均可 采用[内部节点]。
建筑结构阻尼比 一、阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的动力特性之一，是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响结构阻尼比的因素）很多，主要有：（1）材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。 （2）周围介质对振动的阻尼。 （3）节点、支座联接处的阻尼 （4）通过支座基础散失一部分能量。 结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各国情况，钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02之间（单层钢结构厂房可取0.05），钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03－0.08之间。以上的典型阻尼比的值即为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中，采用的阻尼比的值。在等效秥滞模态阻尼中，混凝土结构刚性较大，而且破坏过程（钢筋屈服和混凝土破碎）中也能够吸收大量能量；钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量，较混凝土而言脆断的可能性低得多，变形量也较大，一般认为10层以下的钢结构建筑物基本不会发生倒塌事故。综上可以看出，钢结构体系变形大，破环程度小是其优势，钢结构抗震方面的优势更多是从材料较轻，承载力高，地震过程中弹塑性变形较大，基本不会发生断裂，构造措施（如柱间支撑）等方面表现出来的。 二、现行设计规范关于结构阻尼比的取值内容： GB50011-2010建筑抗震设计规范规定： 第5．1．5条：建筑结构地震影响系数曲线(图5．1．5)的阻尼调整和形状参数应符合下列要求： 1 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05,……。 其中专门规定有： 8 多层和高层钢结构房屋中8．2 计算要点中第8．2．2条钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定： 1 多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。 2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。 3 在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。 9 单层工业厂房中9．2 单层钢结构厂房中第9.2.5条····单层厂房的阻尼比，可依据屋盖和围护墙的类型，取0.045～0.05。 其中条文说明：9．2．5 通常设计时，单层钢结构厂房的阻尼比与混凝土柱厂房相同。本次修订，考虑到轻型围护的单层钢结构厂房，在弹性状态工作的阻尼比较小，根据单层、多层到高层钢结构房屋的阻尼比由大到小变化的规律，建议阻尼比按屋盖和围护墙的类型区别对待。 10 空旷房屋和大跨屋盖建筑中第10．2．8 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时，阻尼比应符合下列规定： 1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。 2 当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。 其中条文说明：本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。 屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的阻尼比不伺，协同分析时阻尼比取值方面的研究较少。
几种参数识别的方法 A 基于时域的参数识别方法推导 A1 Ibrahim 时域方法 Irrahim 时域识别方法是需要测量自由响应信号或者脉冲信号。系统为二阶线性系统，被测自由响应信号为x(t)，二阶线性系统为复指数之和。 )()(~)(t n t p t x +?ψ= (A-1) []***ψψψψψψ=ψN N ,,,,,,,2121 (A-2) {} t t t t t t N N e e e e e e t p ***=λλλλλλ,,,,,,,)(~2121 (A-3) 其中n(t)为输出噪音信号，N 是振动模态数，它由被测的二阶系统和通过模拟低通滤波截断频率所共同决定，Ψi 和λi 为二阶系统的本征矢量和特征值，m 为测量点数，其中m=1。 通常认为m 等于N ，N 为振动模态数量，为求出)(~ t p ，它为2N*1矩阵，必须在时域上扩展响应信号矢量，例如，在t+T3时刻，响应信号可表示为： )()(~),()(333131t n t p e e diag T t x T T +??ψ=+??*λλ (A-4) 其中n3（t ）为在t+T3时刻的噪音矢量，联合公式1和4可得出： )()(~~)(t N t p t u +?ψ= (A-5) 其中： ???? ??+=)()()(3T t x t x t u (A-6) ?? ?????ψψ=ψ??*),(~3131T T e e diag λλ (A-7) 或者, [] ***ψψψψψψ=ψN N ~,,~,~,~,,~,~~2121 ? ?????=)()()(3t n t n t N (A-8) 同样的，可以很容易地得出以下公式： )()(~),(~)(113131t N t p e e diag T t u T T +??ψ=+λλ (A-9) 看公式5，假设复指数是线性独立的，我们可以得到： )(~)(~)(~11t N t u t p ?ψ-?ψ=-- (A-10) 将公式10代到9中，我么和可以得到： )()(~),(~)(~),(~)(111131313131t N t N e e diag t u e e diag T t u T T T T +?ψ??ψ-?ψ??ψ=+-??-??**λλλλ
几种参数识别的方法 B ．基于多输出时域识别方法 B1 随机衰减 随机衰减方法是一种非常典型的当输入未知识别模态参数方法。由于识别结果，这种方法实际上是一种无参数识别方法，即随机衰减符号差，是对特定的初始条件的自由衰减响应。得到的随机衰减图形可以用来识别系统模态参数。去相关是这一方法的基本理论，一个简单的导数如下： 对于一个单输入单输出的线性系统，任何力输入的系统响应可以这么解释 ??-+?+?=t d f t h t V x t D x t x 0 )()()()0()()0()(τττ (B-1) 其中D(t)是对单位初始位移的响应，V （t ）是对单位初始电压的响应，h （t ）是脉冲响 应，f （t ）是外部输入的力，假设外部输入力f （t ）是一个定常的零均值的随机过程，可以证实x （t ）也是一个定常的零均值过程，也证明了x （t ）的初始条件为0，考虑到系统响应x(t-t i )中的x(t i )要满足以下条件： +-≤≤A t x A i )( (B-2) 由于系统假设是线性的，整个系统的响应包含了3部分： 1. x(t i )的系统响应 2. )(i t x 的系统响应 3.f （t ）的系统响应，其中f （t ）假设是随机的并且是定常的，即： ??-+-?+-?=-t t i i i i i i d f t h t t V t x t t D t x t t x τττ)()()()()()()( (B-3) 假设X 是x(t-t i )的随机过程，F 是f(t-t i )的随机过程， x （t ）的平均值为： [][] τ ττd F E t h A x A x E A x A x E t X E t ??-+≤≤+≤≤=?+-+-0)]([)()0(|)0()0(|)0()]([ (B-4) 由于x （t ）是一个平均值为0的定常随机过程，)(i t x 也是一个平均值为0的定常随机系统并且与x （t ）是独立的，因此： 0]|)0([)]0([=≤≤=+-A x A x E x E (B-5) 假设 -+-≥≤≤=A A t x A x E A ])(|)0([ (B-6) 且 τττd F E t h t b t ??-=?0 )]([)()( (B-7) X （t ）的期望值为： )()()]([t b t D A t x E +?= (B-8) 如果f （t ）是零均值、定常、白噪声随机过程，它与x （t ）是相互独立的，因此输入的
SATWE参数设置 一：总信息 1水平力与整体坐标夹角（度）：一般为缺省。若地震作用最大的方向大 于15度则回填。 2、混凝土容重（KN/m3）：砖混结构25 KN/m3，框架结构26KN/m3。 3、刚才容重（KN/m3）：一般情况下为78.0 KN/m3（缺省值）。 4、裙房层数：程序不能自动识别裙房层数，需要人工指定。应从结构最底层起算（包括地下室），例如：地下室3层，地上裙房4层时，裙房层数应填入7。 5、转换层所在层号：应按PMCAD楼层组装中的自然层号填写，例如：地下室3层，转换层位于地上2层时，转换层所在层号应填入5.程序不能自动识别 转换层，需要人工指定。对于高位转换的判断，转换层位置以嵌固端起算，即 以（转换层所在层号-嵌固端所在层号+1）进行判断，是否为3层或3层以上转换。 6、嵌固端所在层号：无地下室时输入1，有地下室时输入（地下室层数 +1）。 7、地下室层数：根据实际情况输入。 8、墙元细分最大控制长度（m）：一般为缺省值1。 9、转换层指定为薄弱层：SATWE中转换层缺省不作为薄弱层，需要人工指定。如需将转换层指定为薄弱层，可将此项打勾，则程序自动将转换层号添加 到薄弱层号中，如不打勾，则需要用户手动添加。此项打勾与在“调整信息” 页“指定薄弱层号”中直接填写转换层层号的效果是完全一致的。 10、所有楼层强制采用刚性楼板假定：一般仅在计算位移比和周期比时建 议选择。在进行结构内力分析和配筋计算时不选择。 11、地下室强制采用刚性楼板假定：一般情况不选取，按强制刚性板假定 时保留弹性板面外刚度考虑。特别是对于板柱结构定义了弹性板3、6情况。但已选择对所有楼层墙肢采用刚性楼板假定的话此条无意义。 12、墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点：一般为缺省勾选。不勾选的话位 移偏小。 13、计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘：应勾选，使得墙的无效翼 缘部分内力计入框架部分，实现框架，短肢墙和普通强的倾覆力矩结果更合理。 14、弹性板与梁变形协调：相当于强制刚性板假定时保留弹性板面外刚度，自动实现梁板边界变形协调，计算结构符合实际受力情况，应勾选。 15、墙元侧向节点信息：这是墙元刚度矩阵凝聚计算的一个控制参数，程 序强制为“出口”，即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，使得墙元的变形协调性好，分析结果更符合剪力墙的 实际。 16、结构材料信息：按实际情况填写。 17、结构体系：按实际情况填写。 18、恒活荷载计算信息： 1）一般不允许不计算恒活荷载，也较少选一次性加载模型； 2）模拟施工加载1模式：采用的是整体刚度分层加载模型，该模型应用与各种类型的下传荷载的结构，但不使用与有吊柱的情况；
阻尼就是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。 阻尼比在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念，指阻尼系数与临界阻尼系数之比，表达结构体标准化的阻尼大小。 阻尼比是无单位量纲，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1，等于0, 大于1，0~1之间4种，阻尼比=0即不考虑阻尼系统，结构常见的阻尼比都在0~1之间. ζ <1的单自由度系统自由振动下的位移 u(t) = exp(-ζwn t)*A cos (wd t - Φ ), 其中wn 是结构的固有频率，wd = sqrt(1-ζ^2) ,Φ为相位移.Φ和常数A由初始条件决定. 阻尼比的来源及阻尼比影响因素 主要针对土木、机械、航天等领域的阻尼比定义来讲解。阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的动力特性之一，是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响结构阻尼比的因素）很多，主要有[1]（1）材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。（2）周围介质对振动的阻尼。（3）节点、支座联接处的阻尼（4）通过支座基础散失一部分能量。 阻尼比的计算 对于小阻尼情况[2]： 1) 阻尼比可以用定义来计算，及ksai=C/C0； 2) ksai=C/(2*m*w) % w为结构圆频率 3) ksai=ita/2 % ita 为材料损耗系数 4) ksai=1/2/Qmax % Qmax 为共振点放大比，无量纲 5) ksai=delta/2/pi % delta是对数衰减率，无量纲 6) ksai=Ed/W/2/pi % 损耗能与机械能之比再除以2pi 阻尼比的取值 对结构基本处于弹性状态的的情况，各国都根据本国的实测数据并参考别国的资料，按结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各国情况，钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02之间（虾肝蚁胆：单层钢结构厂房可取0.05），钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03－0.08之间。以上的典型阻尼比的值即为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中，采用的阻尼比的值。该阻尼比即为各阶振型的阻尼比的值。
1)水平力与整体坐标夹角：采取隐含值0，当大于15°根据《抗规》5.1.1-2重算。 2)混凝土容重：隐含值25。一般按结构类型取值：框架结构25.5；框剪结构26；剪力墙 结构重度27。） 3)钢材容重：隐含值78。 4)裙房层数：根据实际情况。 5)转换层所在层号：按自然层号填输，含地下室的层数。（该指定只为程序决定底部加强 部位及转换层上下刚度比的计算和内力调整提供信息，同时，当转换层号大于等于三层时，程序自动对落地剪力墙、框支柱抗震等级增加一级，对转换层梁、柱及该层的弹性板定义仍要人工指定。） 6)嵌固端所在层号：1：判断地下一层侧向刚度是否大于地上一层侧向刚度2倍，当满足 顶板嵌固要求可指定地下室顶板为嵌固端，此时一层二层侧向刚度比不宜小于1.5；2：当不满足地下室顶板嵌固时，可指定地下室底板或地下一、二层为嵌固端。实际工程中如实输入地下室层数，嵌固均选地板（输入1结果偏安全）。 7)地下室层数：根据实际情况。 8)墙元细分最大控制长度：可取2.0,对于框支结构和其他复杂结构、短肢剪力墙可取 1.0~1.5。 9)弹性板细分最大控制长度： 10)对所有楼层强制采用刚性楼板假定：计算楼层位移比，结构层间位移比和周期比时应勾 选；计算结构内力与配筋计算时不应勾选。 11)地下室强制采用刚性楼板假定：PKPM2010强制地下室楼面板（包括自定义的弹性板）
为刚性楼板.因此必须勾选此项。 12)墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点：因此必须勾选此项。 13)计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘：默认不勾选。 14)弹性板与梁变形协调：勾选。 1)结构材料信息：据实填写。 2)结构体系：据实填写。 3)恒活荷载计算信息：一次性加载：整体刚度一次加载，适用于多层结构、有上传荷载的 情况；模拟施工加载1：整体刚度分次加载，可提高计算效率，但与实际不相符；模拟施工加载2：整体刚度分次加载，但分析时将竖向构件的刚度放大10倍，是一种近似方法，改善模拟施工加载1的不合理处，是结构传给基础的荷载比较合理；模拟施工加载3：分层刚度分次加载，比较接近实际情况。一次性加载：主要用于多层结构、钢结构和有上传荷载（例如吊柱）的结构。模拟施工加载1：适用于多高层结构。模拟施工加载2：仅可用于框筒结构向基础软件传递荷载（不要传递刚度）模拟施工加载3：适用于多高层无吊车结构，更复合工程实际情况，推荐使用。 4)风荷载计算信息：计算水平风荷载。 5)地震作用计算信息：计算水平和竖向地震作用。《抗规》3.1.2，“抗震设防烈度为6度时， 除本规范有具体规定外，对乙丙丁类建筑可不进行地震作用计算。”《抗规》5.1.6，“6度时的建筑（不规则建筑及建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外），以及生土房屋和木结构房屋等，应允许不进行截面抗震验算，但应符合有关的抗震措施要求。”“6度时不规则建筑及建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑，7度和7度以上的建筑结构（生土房屋和木结构房屋等除外），应进行多遇地震作用下的截面抗震验算。”《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。”《高规》4.3.2，“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。”《高规》10.2.6，“8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震的影响。”《高规》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。”注意事项：8（9）度地区大跨度结构一般指看度不小于24m（18m），长悬臂构件指悬臂板不小于2（1.5）m，悬臂梁不小于6（4.5）m。 6)结构所在地区：全国。 7)规定水平力的确定方式：楼层剪力差方法（规范方法）。
题目3：阻尼比确定 1. 阻尼 阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用和系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。在物理学和工程学上，阻尼的力学模型一般是一个与振动速度大小成正比，与振动速度方向相反的力，该模型称为粘性阻尼模型，是工程中应用最广泛的阻尼模型。粘性阻尼模型能较好地模拟空气、水等流体对振动的阻碍作用。 粘性阻尼可表示为以下式子： 式中 为阻尼力（ ）， 表示振子的运动速度（ ）， 是表征阻尼大小的常数，称为阻尼系数（ ）。 理想的弹簧阻尼器振子系统如下图所示。 分析其受力分别有： 弹性力（k 为弹簧的劲度系数，x 为振子偏离平衡位置的位移）： F s = ? kx 阻尼力（c 为阻尼系数，v 为振子速度）： 2. 阻尼比 假设振子不再受到其他外力的作用，于是可利用牛顿第二定律写出系统的振动方程： 其中a 为加速度。 上面得到的系统振动方程可写成如下形式，问题归结为求解位移x 关于时间t 函数的二阶常微分方程： 将方程改写成下面的形式： 然后为求解以上的方程，定义两个新参量： 上面定义的第一个参量n ω，称为系统的（无阻尼状态下的）固有频率。第二个参量ζ，称 cv F -=m N ?m/s s/m N ?F v c
为阻尼比。根据定义，固有频率具有角速度的量纲，而阻尼比为无量纲参量。阻尼比也定义为实际的粘性阻尼系数c 与临界阻尼系数r c 之比。ζ= 1时，此时的阻尼系数称为临界阻尼系数r c 。 3. 阻尼比计算公式 由上述分析可知，微分方程化为： 根据经验，假设方程解的形式为 其中参数γ一般为复数。 将假设解的形式代入振动微分方程，得到关于γ的特征方程： 解得γ为： 当0 <ζ< 1时，运动方程的解可写成： 其中 D D D T ωπ ξωω212 = -=， 经过一个周期D T 后，相邻两个振幅1+i i A A 和的比值为 D D i i T T t t i i e Ae Ae A A ξωξωξω==+--+) (1 由此可得 D i i T A A ωπ ξωξω2ln 1==+ 如果2.0<ξ，则 1≈ω ωD ，而 1 ln 21 +≈ i i A A πξ 同样，用n i i A A +和表是两个相隔n 个周期的振幅，可得
SATWE参数选取原则（第三版） SATWE 2010版（2013年10月版本） 一、总信息： 1. 水平力与整体坐标夹角：取0度；（如周期计算结果中显示最大地震力方向与主坐标夹角 大于15°，应在斜交抗侧力构件中输入角度，此处不必改动） 2. 混凝土容重：框架、框架-剪力墙取26；剪力墙及框筒结构取27；计算地下室底板配筋时 取0； 3. 钢材容重：78； 4. 裙房层数：按实际计算层数输入（应计入地下室的层数）； 5. 转换层所在层号：此参数为针对“部分框支剪力墙结构”及“底层带托柱转换层的筒体” 而设置。对于部分构件的局部转换，只需要在特殊构件定义中设置转换构件即 可，不必在此设置转换层号；此层号为PMCAD中的自然层号，包括地下室； （转换层自动默认为薄弱层）
6. 嵌固端层号：若嵌固端在基础上就为“1”，若嵌固端为地下室顶板则为“地下室层数+1”。 7. 地下室层数：除了对风荷载作用、地震作用及内力调整有关系外，该参数对高位转换的判 别影响很大，应准确输入该参数（应注意地下室层数的判断）； 8. 对所有楼层采用刚性楼板假定：除内力及配筋计算以外，均勾选“是”； 注：进行内力和配筋计算时，部分特殊的结构应在特殊构件定义中修改弹性板的类型，如板柱结构应定义弹性板6、厚板结构应定义弹性板3、楼面开大洞时应 定义弹性膜。 9. 地下室强制采用刚性楼板假定；地下室有跃层构件或开大洞时，可取消勾选； 10.墙梁跨中节点作为刚性楼板从节点：一般勾选，若连梁抗剪超限，可不勾选进行计算； 11.计算墙倾覆力矩时只考虑腹板和有效翼缘：一般应勾选；（砼规中9.4.3条有相关承载力计 算内容，程序参照此条考虑到倾覆力矩上，此条对倾覆力矩比有轻微影响）12.弹性板与梁变性协调：替代上个版本的“强制刚性楼板假定时保留楼板平面外刚度”，应 勾选； 13.结构材料信息：按实际类型填写； 14.结构体系：按实际填写；仅设置少量剪力墙的框架结构应按框架结构填写，底层带托柱转 换层的筒体仍按框筒或筒中筒结构输入，选砌体结构和底框结构无效； 15.恒活荷载计算信息：一般采用模拟施工加载3，如遇到有转换层、跃层柱、长悬挑或吊柱 等情况时，应注意修改加载的次序和层数。有吊柱的结构、钢结构及体育场馆 等应采用模拟施工加载1。计算基础时，尤其是框剪、框筒结构时，采用模拟 施工加载2；（如有特殊结构，勾选“自定义施工顺序”进行人工排序） 16.风荷载计算信息：一般结构选择“计算水平风荷载”即可，对于一些空旷建筑、体育馆及 轻钢屋面等结构选择“计算特殊风荷载”； 17.地震作用计算信息：一般建筑“计算水平地震作用”即可。对于规范规定的需要考虑竖向 地震的建筑按以下原则选择：多层建筑选择“计算水平和规范简化方法竖向地 震”，高层建筑选择“计算水平和反应谱方法竖向地震”； 18.特征值求解方式：在选择“计算水平和反应谱方法竖向地震”时此项方可激活，一般情况 不需考虑。“整体求解”考虑三向振动的耦联，但有效质量系数不易达到90%， 应增加振型数；“独立求解”不能体现耦联关系，但易满足有效质量系数的要 求； 19.“规定水平力”的确定方式：一般工程均选择“楼层剪力差方法”； 20.结构所在地区：按项目所在地区填写，分为全国、上海和广东；
一、pkpm参数设置 1、材料信息的定义 本层信息里设置混凝土钢筋的强度等级，局部不同的可以在材料强度里特殊定义（也可以在后续SATWE里定义特殊构件的时候定义） 2、设计参数 注意：
（1）、有地下室的按地下室情况如实填写，当无地下室的时候，第一层为地梁，柱子像下伸，这一层计算的时候也定义为地下室（2）、计算指标的时候地下室一般不组装，计算地下室的梁柱配筋的时候再组装 （1）、混凝土容重：如果输楼板荷载的时候没有考虑抹灰找平层等，此处一般输27，若输荷载时考虑了，则可输25； （2）、钢截面净毛面积比值：钢构件截面净面积与毛面积的比值。净面积是构件去掉螺栓孔之后的截面面积，毛面积就是构件总截面面积。软件默认取值为0.5，经验值0.85，轻钢结构最大可以取到0.95，框架的可以取到0.9（当然这些和钢材的厚度负差、钢构件上面的开孔面积、焊接质量等等都有关系）
（1）计算阵型个数，取3的倍数，一般取楼层数的3倍；也可以在后续SATWE参数里不按阵型个数计算，按达到有效质量系数多少来计算（规范规定至少90%） （2）周期折减系数，考虑隔墙对刚度的影响，隔墙越多，对刚度贡献越大，周期越小，折减系数就越小，根据《高规》第4章最后一页确定 其他参数如实填写
二、SATWE参数设置（V3.2为例） 前面pkpm设置了的参数会自动读取到SATWE里，因此可以在这里设置前面未设置的参数，检查前面已经设置了的参数。 1、总信息 （1）水平力与整体坐标夹角：第一次计算不输入，计算后，地震作用最大的方向角度大于15°后，填入该度数再重新计算。
（2）如实填写
最全Satwe参数设定 1、总信息： 水平力与整体坐标系夹角：0 根据抗规（GB50011-2001）5.1.1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，各方向的水平地震作用应由该方向的抗侧力构件承担；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用”。 当计算地震夹角大于15度时，给出水平力与整体坐标系的夹角（逆时针为正），程序改变整体坐标系，但不增加工况数。同时，该参数不仅对地震作用起作用，对风荷载同样起作用。 通常情况下，当Satwe文本信息“周期、振型、地震力”中地震作用最大方向与设计假定大于15度（包括X、Y两个方向）时，应将此方向重新输入到该参数进行计算。 混凝土容重：26 本参数用于程序近似考虑其没有自动计算的结构面层重量。同时由于程序未自动扣除梁板重叠区域的结构荷载，因而该参数主要近似计算竖向构件的面层重量。 通常对于框架结构取25-26；框架-剪力墙结构取26；剪力墙结构，取26-27。 1.3钢容重：78 一般情况下取78，当考虑饰面设计时可以适当增加。 1.4裙房层数：按实际填入 混凝土高规（JGJ3-2002）第4.8.6条规定：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。 同时抗规（GB50011-2001）6.1.10条条文说明要求：带有大底盘的高层抗震墙（筒体）结构，抗震墙的底部加强部位可取地下室顶板以上H/8，向下延伸一层，大底盘顶板以上至少包括一层。裙房与主楼相连时，加强部位也宜高出裙房一层。 本参数必须按实际填入，使程序根据规范自动调整抗震等级，裙房层数包括地下室层数。 1.5转换层所在层号：按实际填入
二阶系统: 凡用二阶微分方程描述的系统称为二阶系统。许多高阶系统在一定的条件下，常常近似地作为二阶系统来研究。 二阶系统控制系统按数学模型分类时的一种形式.是用数学模型可表示为二阶线性常微分方程的系统.二阶系统的解的形式,可由对应传递函数W(s)的分母多项式P(s)来判别和划分.P(s)的一般形式为变换算子s的二次三项代数式,经标准化后可记为 代数方程P(s)=0的根,可能出现四种情况: 1.两个实根的情况,对应于两个串联的一阶系统.如果两个根都是负值,就为非周期性收敛的稳定情况. 2.当a1=0,a2>0,即一对共轭虚根的情况,将引起频率固定的等幅振荡,是系统不稳定的一种表现. 3.当a1<0,a1-4a2<0,即共轭复根有正实部的情况,对应于系统中发生发散型的振荡,也是不稳定的一种表现. 4.当a1>0,a1-4a2<0,即共轭复根有负实部的情况,对应于收敛型振荡,且实部和虚部的数值比例对输出过程有很大的影响.一般以阻尼系数ζ来表征,常取 在0.4~0.8之间为宜.当ζ>0.8后,振荡的作用就不显著,输出的速度也比较慢.而ζ<0.4时,输出量就带有明显的振荡和较大的超调量,衰减也较慢,这也是控制系统中所不希望的. 阻尼比:
阻尼就是使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用。在土木、机械、航天等领域是结构动力学的一个重要概念，指阻尼系数与临界阻尼系数之比，表达结构体标准化的阻尼大小。 阻尼比是无单位量纲，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。可分为等于1，等于0, 大于1，0~1之间4种，阻尼比=0即不考虑阻尼系统，结构常见的阻尼比都在0~1之间。 ζ<1的单自由度系统自由振动下的位移u(t) = exp(-ζ wn t)*A cos (wd t - Φ )， 其中wn 是结构的固有频率，wd = wn*sqrt(1-ζ^2) ,Φ为相位移.Φ和常数A由初始条件决定。 影响因素: 主要针对土木、机械、航天等领域的阻尼比定义来讲解。阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的动力特性之一，是描述结构在振动过程中某种能量耗散的术语，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响结构阻尼比的因素）很多，主要有（1）材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。（2）周围介质对振动的阻尼。（3）节点、支座联接处的阻尼（4）通过支座基础散失一部分能量。（5）结构的工艺性对振动的阻尼。
说明：在下面的数据处理中，如1 A，11d T，1δ，1ξ，1n T，1nω：表示第一次实 1 验中第一、幅值、对应幅值时间、变化率、阻尼比、无阻尼固有频率。第二 次和和三次就是把对应的1改成2或3.由于在编缉公式时不注意２，３与平方，三次方会引起误会，请老师见谅！！ Ap0308104 陈建帆2006-7-1 实验题目：悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试 一、实验要求以下： 1. 用振动测试的方法，识别一阻尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数； 2. 了解小阻尼结构的衰减自由振动形态； 3. 选择传感器，设计测试方案和数据处理方案，测出悬臂梁的一阶固有频率和阻尼 根据测试曲线，读取数据，识别悬臂梁的一阶固有频率和阻尼系数。 二、实验内容 识别悬臂梁的二阶固有频率和阻尼系数。 三、测试原理概述： 1，瞬态信号可以用三种方式产生，有脉冲激振，阶跃激振，快速正弦扫描激振。 2，脉冲激励用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间τ，τ越小则频率范围越大。 3.幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率 4、阻尼比的测定 自由衰减法: 在结构被激起自由振动时，由于存在阻尼，其振幅呈指数衰减波形，可算出阻尼比。一阶固有频率和阻尼比的理论计算如下：
11 3 3 44 4 2 3.515(1) 2=210 ;70;4;285;7800 ; ,12 12 ,, Ix = 11.43 c m Iy= 0.04 c m 0.004 2.810,,1x y y f k g E p a b m m h m m L m m m a b a b I I I m m E L π ρρ-----------?===== = ?=?固x y ＝ 式惯性矩：把数据代入I 后求得 载面积：S ＝b h =0.07m 把S 和I 及等数据代入（）式， 求得本41.65() H Z 固理悬臂梁理论固有频率f ＝ 阻尼比计算如下： 2 2 2 1 111 220, 2,........ln , ,22;n d n n n d n d n T i i i j j i i i i j i i i j i n d i j n d n d d d d x d x c k x d t d t c e A A A A A T A T T ξωξωωξωωωξωωηη δξωωωωωπδπξ++ -++ +++ + ++=++===≈== ? ?? ==≈2 二阶系统的特征方程为S 微分方程：m 当很少时，可以把。A 减幅系数＝而A A A A A 1则：＝ j 又因为所以＝＝，所以＝即可知δξπ ＝ 2 在这个实验中，我们使用的是自由衰减法，以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。
SATWE 计算参数选择 总信息 1水平力与整体坐标夹角（度）：0 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。如果这个角大于15度，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。 地震沿着不同的方向作用，结构地震反应的大小一般也不同。结构地震反应是地震作用方向角的函数（逆时针为正）。 2混凝土容重：26kN/m2 在自重荷载有利的情况下，要取25kN/m2 3钢材容重：78 kN/m2 4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。 5转换层所在层号：按实际情况。 抗规3.4.3规定；高规10.2.6规定 6地下室层数：按实际情况。 7墙元细分最大控制长度：1 程序限定1.0－5.0之间，隐含值为2.0，该值对分析精度略有影响，但不敏感，对于一般工程，可取隐含值，对于框支剪力墙结构，可取的略小一些，取1.5或1.0。 8对所有楼板采用刚性楼板假定： 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（配筋）应采用弹性楼板计算。9后面三个基本按默认
10结构体系：按实际情况。 剪力墙结构与框剪结构细分要看规定水平力框架柱及短肢墙地震倾覆力矩百分比(抗规)是否大于50% 11恒活荷载计算信息：一般选择“模拟施工方法3” 当计算框架－剪力墙等柱墙混用的结构的基础时选择“模拟施工方法2”。如有竖吊构件（如吊柱），必须选择“一次性加载。 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。施工过程的模拟可根据需要采用适当的简化方法。 “模拟施工方法1”加载：就是按一般的模拟施工方法，对于高层结构一般都采用这种方法计算。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。 “模拟施工方法2”加载：在模拟施工方法1的基础上将竖向构件（墙、柱）的侧向刚度增大10倍的情况下，再进行结构计算，采用这种方法计算出的传给基础的力比较均匀合理，可以避免墙的轴力远远大于柱的轴力的不合理的情况，由于竖向刚度放大，使水平梁的两端的竖向位移差减少，从而使其剪力减少，这样就削弱了楼面荷载因刚度不均而导致的内力重分配，所以这种方法更接近于手算。 12风荷载计算信息：选择“计算风荷载”。 13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》5.1.1.4、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：…… 3、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； 4、9度抗震设计时应计算竖向地震作用。
1 建筑结构阻尼比 2 一、阻尼比用于表达结构阻尼的大小，是结构的动力特性之一，是描述结构3 在振动过程中某种能量耗散的术语，引起结构能量耗散的因素（或称之为影响4 结构阻尼比的因素）很多，主要有：（1）材料阻尼、这是能量耗散的主要原因。5 （2）周围介质对振动的阻尼。 6 （3）节点、支座联接处的阻尼 7 （4）通过支座基础散失一部分能量。 8 结构类型和材料分类给出了共一般分析采用的所谓典型阻尼比的值。综合各9 国情况，钢结构的阻尼比一般在0.01－0.02之间（单层钢结构厂房可取0.05），10 钢筋混凝土结构的阻尼比一般在0.03－0.08之间。以上的典型阻尼比的值即11 为结构动力学在等效秥滞模态阻尼中，采用的阻尼比的值。在等效秥滞模态阻12 尼中，混凝土结构刚性较大，而且破坏过程（钢筋屈服和混凝土破碎）中也能13 够吸收大量能量；钢结构较为柔软主要通过弹塑性变形吸收能量，较混凝土而14 言脆断的可能性低得多，变形量也较大，一般认为10层以下的钢结构建筑物基15 本不会发生倒塌事故。综上可以看出，钢结构体系变形大，破环程度小是其优16 势，钢结构抗震方面的优势更多是从材料较轻，承载力高，地震过程中弹塑性17 变形较大，基本不会发生断裂，构造措施（如柱间支撑）等方面表现出来的。 18 19 二、现行设计规范关于结构阻尼比的取值内容： 20 GB50011-2010建筑抗震设计规范规定： 21 第5．1．5条：建筑结构地震影响系数曲线(图5．1．5)的阻尼调整和形状22 参数应符合下列要求：
23 1 除有专门规定外，建筑结构的阻尼比应取0.05,……。 24 25 其中专门规定有： 26 8 多层和高层钢结构房屋中8．2 计算要点中第8．2．2条钢结构抗震计算27 的阻尼比宜符合下列规定： 28 1 多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m 29 时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。 30 2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50％31 时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005。 32 3 在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。 33 9 单层工业厂房中9．2 单层钢结构厂房中第9.2.5条····单层厂房的阻34 尼比，可依据屋盖和围护墙的类型，取0.045～0.05。 35 其中条文说明：9．2．5 通常设计时，单层钢结构厂房的阻尼比与混凝土柱36 厂房相同。本次修订，考虑到轻型围护的单层钢结构厂房，在弹性状态工作的37 阻尼比较小，根据单层、多层到高层钢结构房屋的阻尼比由大到小变化的规律，38 建议阻尼比按屋盖和围护墙的类型区别对待。 39 10 空旷房屋和大跨屋盖建筑中第10．2．8 屋盖钢结构和下部支承结构协同40 分析时，阻尼比应符合下列规定： 41 1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时，阻尼比可取0.02。 42 2 当下部支承结构为混凝土结构时，阻尼比可取0.025～0.035。 43 其中条文说明：本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。
前处理注意事项 1、按构件原型输入：按柱、异形柱、梁、墙（含开洞）构件原型输入，没有楼板的房间要开洞，不要把TAT薄壁柱理论对结的简化带入。 2、轴网输入：删除各层无用的网点，利用偏心布置构件功能，消除短梁、短墙、柱内多节点。PMCAD的数据检查要通过。SATWE数据报告提示的问题要消除。 3、柱、梁截面形式及材料：附录A中的15种截面类型，程序可计算自重。范例外的自重需用户输入。 4、板―柱结构输入：柱网需输入截面为100X100的虚梁。 5、厚板转换层输入：柱网需输入截面为100X100的虚梁。层高以板厚的1/2划分。 6、错层结构输入： A、框架错层：在PM中调整梁端高，含斜梁。 B、剪力墙错层：由于PM以楼板划分层，可在错层中局部布板。 C、多塔层高不同：把形成的塔虚层中楼板去掉。 关于整理SATWE设计参数便览的说明 设计参数的合理确定至关重要，以便览的方式整理其目的是在SATWE的操作中，可据本便览比较快的定下来。SATWE的设计参数，用户手册有一些说明，但分散在多处且过于简单，很不好用。论坛里也有许多帖子，但总觉得系统性、实用性有些不足。 SATWE前处理----接PM生成SATWE数据菜单共13项，重点是1、2两项。 由于水平有限在整理中肯定会出现不足和错误，欢迎斧正。更欢迎参与。 SATWE参数便览之总信息 1、水水平力与整体坐标夹角（度）：采用隐含值0，经计算后，当大于15度时，填入计算 值重算。 2、混凝土容重：隐含值25。构件自重计算梁板、梁柱重叠部分都未扣除，框架结构可行，剪力墙、板柱结构偏小。 3、钢材容重：隐含值78。可行。 4、裙房层数：指地上的周边都有的群房。当主体一面或多面无裙房时，风荷载需个案处理。 5、转换层所在层号：按自然层号填输，含地下室的层数。 6、地下室层数：按地下层数填输，当一面或多面临空时，填土侧压力需个案处理。 7、墙元细分控制最大控制长度：墙元长度太大则计算精度无法保证，可采用隐含值。 8、对所有楼层采用刚性楼板假定：位移计算时，不论是否开大洞或不规则，必须是刚性板假定。内力计算时，则在任何情况下均不能设为刚性板。 9、墙元侧向节点信息：一般工程选“出口”，剪力墙数量多的高层结构宜选“内部”。选“内部”时，计算精度会有一点点降低，但速度要快很多。 10、结构材料信息：共5个选项：钢筋砼结构；钢与砼混合结构；有填充墙钢结构；无填充墙钢结构；砌体结构。按含义选取，砌体结构用于底框结构。 11、结构体系：按结构布置的实际状况确定。共分：框架结构、框剪结构、框筒结构、筒中筒结构、板柱剪力墙结构、剪力墙结构、短肢剪力墙结构、复杂高层结构、砖混底框结构、共9种类型。确定结构类型即确定与其对应的有关设计参数。 12、恒、活载计算信息：“不计算恒、活荷载”即计算竖向力。“一次性加载”可用于多层。“模拟施工荷载1”用于高层结构计算，“模拟2”仅用于高层基础计算。 13、地震作用计算信息：共3个选项：不计算地震作用，很少出现；计算水平地震作用，用于6-8度区；计算水平和竖向地震作用，用于九度区。 SATWE参数便览之风荷载信息