浅谈SATWE中计算参数的合理选取

孔芳芳 李颀

【摘 要】计算参数的正确选取是确保结构计算结果正确的关键。本文针对常用结构设计软件SATWE一些计算参数如何选取的问题作简单分析。

【关键词】计算参数；正确选取。

一、概述

计算参数的取值，代表了结构本身的特性

PKPM的信息数据大致可分为4类：第一类是平面几何数据、荷载数据；第二类是材料性质数据；第三类是计算参数；第四类是绘图仪参数。第一、二、四类参数在取值上具有的交互式输入、数据自检及图形检查功能，并配有自动检测系统，具有判断合理性及符合设计规范的人工智能，结构计算软件对这三类数据的检查更为有效。只要在输入、检查过程中细心一些，一般都可以进行校正。而第三类是信息数据，即计算参数，它用于描述结构的受力特性，不同工程结构有不同的取值，不同的取值将对计算结果产生较大的影响。例如PKPM软件包中，地震力的计算方式参数、周期折减系数，地震力放大系数等。这些参数决定了计算的方法及修正的范围，直接影响到计算结果。可以说，结构计算的正确性，在很大程度上取决于计算参数选取的合理性。

二、正确选取一些计算参数：

1.混凝土容重：

SATWE计算软件“总信息”左侧第二条是“混凝土容重”的交互栏。一般程序默认为25。在《建筑结构荷载规范》附录A中规定“钢筋混凝土自重24～25KN/m?”。但应注意的是《规范》中24～25KN/m?仅为自重，并未考虑钢筋混凝土构件的装饰材料，在“钢筋混凝土材料”应用较多的结构中（如剪力墙结构）在未对墙体装饰材料另填荷载的情况下，仅取25会使计算结果与实际情况有较大差异。笔者建议对一般框架结构取25～26，剪力墙结构根据墙体的多少取27～28。其他情况酌情增减。

2.地下室层数

填写此信息主要影响结构的横向作用。如果填“1”那么，计算时一层将无风荷载作用。不过是否有地震作用，还将取决于地下室能否作为上部结构的嵌固端。《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第6.1.14条规定了地下室顶板作为上部结构的嵌固条件。如果计算工程条件均符合，那么应在“地下室信息”交互栏“回填土对地下室约束相对刚度比”中填负数，如填“0”则地下室不受室外土约束，其他数据介于嵌固与无约束之间。填入数据的不同对地震作用的大小，薄弱层的位置有较大影响。笔者认为，应对计算结果分别按“嵌固”和“非嵌固”进行比较，取不利结果。

3.是否考虑偶然偏心及双向地震作用

“偶然偏心”，仅在《高层建筑结构设计混凝土规程》JGJ3-2002第3.3.3中规定“计算单项地震作用时应考虑偶然偏心的影响”。 对于“双向地震作用”则在《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第5.1.1条3款规定“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。”在《高层建筑结构设计混凝土规程》质量和刚度分布明显不对称，不均匀的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。”由此可见：在高层建筑中，如果质量和刚度不均匀，应选“双向地震”项；否则应选“偶然偏心”（必须选一项）在低层建筑中不须选“偶然偏心”质量和刚度不均匀应选“双向地震作用”。

4.支座负弯矩调幅系数

对框架梁端支座负弯矩进行调幅处理在钢筋混凝土结构设计中是一个重要的概念。《混凝土结构设计规范》GB50010-2002第5.3.1条规定：“对于直接承受动荷载的构件以及要求不出现裂缝或处于侵蚀环境等情况下的结构，不应采用考虑塑性内力重分布的分析方法。框架，框架-剪力墙结构以及双向板等，经过弹性分析求得内力后，也可对支座或弯矩进行调幅，并确定相应的跨中弯矩。”弯矩下调使结构在发生微塑性变化时，梁端及跨中计算弯矩更接近实际情况。这样做的结果是：

（1）调幅后梁端负弯矩减小，进入塑性阶段，引导塑性铰在梁端先于柱端形成，符合强柱弱梁的抗震設计原则；

（2）梁上部钢结筋适当减少后，更易于保证节点混凝土浇灌的密实度。

对于具体的调幅数值，《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》JGJ3-91第5.2.3条规定：在竖向荷载作用下，可考虑梁端塑性变形内力重分布而对梁端进行调幅。装配整体式框架调幅系数为0.7～0.8；现浇框架调幅系数为0.8～0.9。梁端负弯矩减少后，应按平衡条件计算调幅后的跨中弯矩。高层框架梁截面设计时，梁跨中正弯矩至少应取按简支梁计算的跨中弯矩的50%。在《钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规范（CECS51：93）中，对调幅结构应采用的材料及各类构件的具体调幅系数取值都作了详细规定。工程设计中应全面考虑这些规定。使取值首先合理，才能有计算结果的合理性。

5.周期折减系数

公式α=（Tg/T）η2αmax可看出，在地震设防烈度已定，即αmax取值一定的情况下，Tg和T的取值决定着地震影响系数的取值，即决定了地震作用力大小。周期折减系数的取值在PKPM说明书中写道：“对于框架结构，若填充墙较多，取0.6～0.7，较少时可取0.7～0.8，对于框架-剪力墙结构，可取0.8～0.9，剪力墙结构的周期可不折减”。“周期折减系数”其实是对理论计算得出的周期与有填充墙的实际周期之间差异的修正。在结构软件计算时，没有考虑填充墙的影响，实际工程中，填充墙使结构刚度增大，周期减小，地震刚发生时，由于填充墙的影响，周期小于计算值，地震力较大，而后填充墙吸收部分地震力破坏，周期与理论计算接近。

6.柱，墙，基础活荷载折减系数

此选项中有“柱墙设计时活荷载”折减，“传给基础的活荷载”折减。根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定：设计楼面梁，墙，柱及基础时活荷载是应该折减的，而且是强制性条文，但一定要看清楚，只有所设计的建筑物属《荷载规范》表4.1.1条第一项第（1）的才选择本项折减，其余各条款建筑物均应在“Pmcad→楼面荷载传导计算→退出→选择折减。”中折减。

四、综合分析比较，增强对计算输出结果正确性的判断能力

要确保计算结果的正确性，还应对输出结果的正确性进行判断。结构软件的结果输出，给我们提供了许多信息，如内力、配筋、位移、周期、轴压比等，有文字的，有图形的，有的虽然是中间结果，但依然反馈出引起结构中的问题，结构设计人员都应重视。进行的结构软件对于超规范限值的输出结果，一般都给出醒目的提示，较容易发现，这类失误比较容易避免。但另一类错误，如梁未超筋，但梁的配筋明显不合理，荷载情况相近的两跨，配筋差异较大，或虽在规范限值内，内力包络图却有突变等，应引起注意。这些就需结构设计人员仔细进行分析比较。对这类问题的判断，经过认真分析比较后，可以总结出一引起规律特性。如：相似的结构、相似的荷载，对应有相似的内力分布；弯矩图、轴力图、剪力图等内力图及振型曲线等图形都具有渐变性、均匀性、平衡性的特点；利用结构和荷载的对称性，复查内力的对称性。这些分析都可提高对结果正确性的判断。

五、小结

随着计算机应用在结构设计中的日益普及，正确、高效地使用结构设计软件，成为结构工程师们的使命。我们认为，为确保结构计算的正确性，应做好以下几外方面的工作。

结构设计规范是一切设计计算的依据，必须加强学习，理解透彻；用软件使用需认真研究和总结，对软件的适用和条件要有所了解；熟悉各个计算参数的取值内涵，抓住具体工程的特异性，正确选取与工程特性相匹配的计算参数。对输入数据要进行仔细复核。不断总结设计经验，在设计中融入概念设计、全局整体综合考虑的思想，合理的人工调整，从而使计算更合理。对输出结果作综合分析比较。

总之，不断学习提高结构理论，结合工程设计实际情况，选择合理计算参数，不完全依赖于计算机，不但可使计算机真正成为我们的好帮手，还可不断提高设计能力。