SATWE计算结果分析10个比值和调整方法

SATWE软件计算结果分析

一、位移比

规范条文：

新高规3.4.5规定：结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

基本概念：位移比包含两项内容

（1）楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值； （2）楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值；

计算位移比仅考虑墙顶，柱顶等竖向构件上节点的最大位移，不考虑其他节点的位移。位移比可以用结构刚心与质心的相对位置（偏心率）表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭转效应较大，位移比是控制结构整体抗扭特性和平面不规则性的重要指标。 钢筋混凝土高层建筑结构的最大适用高度应区分为A级和B级： A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑最大适用高度

抗震设防烈度 结构体系 非抗震设计 6度 7度 8度 9度 0.20g 0.30g 70 60 50 40 35 ------- 框架

150 130 120 100 80 50 框架-剪力墙

140 120 100 80 60 剪力墙 全部落地剪力墙 150

120 100 80 50 部分框支剪力墙 130 不应采用

160 150 130 100 90 70 筒体 框架-核心筒 200 180 150 120 100 80 筒中筒 110 80 70 55 40 板柱-剪力墙 不应采用

B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑最大适用高度

抗震设防烈度 结构体系 非抗震设计 6度 7度 8度 0.20g 0.30g 170 160 140 120 100 框架-剪力墙 170 150 130 110 剪力墙 全部落地剪力墙 180 140 120 100 80 部分框支剪力墙 150 220 210 180 140 120 筒体 框架-核心筒 300 280 230 170 150 筒中筒

操作要点：位移比在<结构位移>（WDISP.OUT）中输出，各楼层位移比为Ratio(X)和Radio(Y)。其中，Ratio(X)=Max(X)/Ave(X) 位移比不满足，简便的调整方法： 1）程序调整：satwe程序不能实现

2）人工调整：只能人工调整改变结构平面布置，使结构规则，刚度均匀，减小结构刚心与

形心的偏心距：可利用程序的节点搜索功能在satwe的“分析结构图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件刚度；也可以找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。 注意事项及电算调整：

（1）新高规5.1.5规定，进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，如果在结构模型中设定了弹性板或楼板开大洞，应计算两次，第一次抗震计算时选择satwe→分析与设计参数补充定义→总信息→对所有楼层强制采用刚性楼板假定，按规范要求的条件计算位移比，第二次应在位移比满足要求后，不选择该项，以弹性楼板假定进行配筋计算。

（2）但需注意的是，对于复杂结构，如不规则的坡屋顶、体育馆看台、工业厂房、错层和越层结构，或者柱、墙不在同一标高，或者没有楼板等情况，如果采用强制刚性楼板假定，结构分析会严重失真，所以，一般这些结构都不强行进行位移比控制。 （3）高层建筑位移比计算应考虑偶然偏心的影响，多层建筑可以不考虑。

（4）位移比是判断结构规则性的重要依据，对是否考虑双向地震有重要参考作用。

（5）当楼层的最大层间位移角不大于新高规第3．7．3条规定的限值的40％时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值可适当放松，但不应大于1.6。 （6）若位移比超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用；

（7）因为高层建筑在水平力作用下，几乎都会产生扭转，故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。

二、层间最大位移与层高之比（层间位移角）

规范条文：

新高规的3.7.3条规定，按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比△u／h宜符合下列规定： 1 高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h不宜大于表3．7．3的限值。 表3.7.3 结构体系 框架 框架—剪力墙、框架—核心筒、板柱—剪力墙 筒中筒、剪力墙 除框架结构外的转换层 Δu/h 1/550 1/800 1/1000 1/1000 2 高度不小于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h从不宜大于1／500。

3 高度在150m～250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比△u／h从的限值可按本条第1款和第2款的限值线性插入取用。

注：楼层层间最大位移△u以楼层竖向构件最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。抗震设计时，本条规定的楼层位移计算可不考虑偶然偏心的影响。抗规5.5.1条文说明：第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。

名词释义：

（1） 层间位移比：即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。 其中：

层间位移角：墙、柱层间位移与层高的比值。 最大层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值。

平均层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。 控制目的:

高层建筑层数多，高度大，为了保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对其最大位移和层间位移加以控制，主要目的有以下几点：

1．保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数量,宽度。

2．保证填充墙,隔墙,幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显的损坏。 结构位移输出文件（WDISP.OUT）

Max—Dx、Max—Dy : x和y方向层间最大位移 即要求：

Max—Dx/h和Max—Dy/h满足规范要求 电算结果的判别与调整要点:

1．验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心；

2．最大层间位移是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。 3．因为高层建筑在水平力作用下,几乎都会产生扭转,故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。

4.当结构层间位移角很小，例如一般结构弹性位移角小于规定限值的1/2，复杂结构和高层结构弹性位移角小于规定限值的1/3，位移比可适当放宽，如放大20%。 三、周期比控制

规范条文：

新高规的3.4.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

(抗规中没有明确提出该概念，所以多层时该控制指标可以适当放松，但一般不大于1.0。) 新高规5.1.13条规定，抗震设计时，B级高度的高层建筑结构、混合结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，尚应符合下列规定：

1 宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％； 2 应采用弹性时程分析法进行补充计算；

3 宜采用弹塑性静力或弹塑性动力分析方法补充计算。 名词释义：

周期比:即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。周期比主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，使结构的抗扭刚度不能太弱。因为当两者接近时,由于振动藕连的影响,结构的扭转效应将明显增大。

对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:

（1）计算结果详周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT），因satwe电算结果中并未直接给出周期比，故对于通常的规则单塔楼结构，需人工按如下步骤验算周期比。

（2） 根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数（三者之和等于1）判别各振型分别是扭转为主的振型（也称扭转振型）还是平动为主的振型（也称平动振型）。一般情况下，当扭转系数大于0.5时，可认为该振型是扭振振型，反之应为平动振型。当然，对某些极为复

杂的结构还应结合主振型信息来进行判断； （3） 通常周期最长的扭转振型对应的就是第一扭转周期Tt，周期最长的平动振型对应的就是第一平动周期T1

（4） 对照“结构整体空间振动简图”，考察第一扭转/平动周期是否引起整体振动，局部振动不能当做第一扭转/平动周期。需考察下一个次长周期。 （5） 考察第一平动周期的基底剪力比是否为最大 （6） 计算Tt/T1，看是否超过0.9 (0.85) 多塔结构周期比：

对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算，而应该将多塔结构切分成多个单塔，按多个单塔结构分别计算。

体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。 周期、地震力与振型输出文件（WZQ.OUT）

考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y 方向的平动系数、扭转系数 振型号 周期 转角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 1 0.6306 110.18 0.99 ( 0.12+0.88 ) 0.01 2 0.6144 21.19 0.95 ( 0.82+0.12 ) 0.05 3 0.4248 2.39 0.06 ( 0.06+0.00 ) 0.94 4 0.1876 174.52 0.96 ( 0.95+0.01 ) 0.04 5 0.1718 85.00 1.00 ( 0.01+0.99 ) 0.00 6 0.1355 5.03 0.05 ( 0.05+0.00 ) 0.95 7 0.0994 177.15 0.97 ( 0.97+0.00 ) 0.03 8 0.0849 87.63 1.00 ( 0.00+1.00 ) 0.00 9 0.0752 12.73 0.03 ( 0.03+0.00 ) 0.97 X 方向的有效质量系数: 97.72% Y 方向的有效质量系数: 96.71% 即要求：

0.4248/0.6306=0.67 <0.9

97.72% 96.71% >90% 说明无需再增加振型计算（高规5.1.13，计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％） 周期比不满足的调整方法：

1）程序调整：satwe程序不能实现

2）人工调整：只能人工调整改变结构平面布置，提高结构规扭转刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。

电算结果的判别与调整要点:

1. 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。总之在高层结构设计中，使得扭转振型不应靠前，以减小震害。SATWE程序中给出了各振型对基底剪力贡献比例的计算功能,通过参数Ratio(振型的基底剪力占总基底剪力的百分比)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. 振型分解反应谱法分析计算周期，地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的确定。一般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算时宜选择“侧刚模型”进行计算。而当结构定义有弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合理。至于振型数的确定，应按上述[高规]5.1.13条（B级高度的高层建筑结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，抗震设计时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90％）执行，振型数是否足够，应以计算振型数使振型参与质量不小于总质量的90%作为唯一的条件进行判别。([耦联]取3的倍数，且≤3倍层数，[非耦联]取≤层数，直到参与计算振型的[有效质量系数]≥90％)

3. 如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。即周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构”。一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是要加强外圈结构刚度、增设抗震墙、增加外围连梁的高度、削弱内筒的刚度。

4. 扭转周期控制及调整难度较大，要查出问题关键所在，采取相应措施，才能有效解决问题。

a)扭转周期大小与刚心和形心的偏心距大小无关，只与楼层抗扭刚度有关；

b)剪力墙全部按照同一主轴两向正交布置时，较易满足；周边墙与核心筒墙成斜交布置时要注意检查是否满足；

c)当不满足周期限制时，若层位移角控制潜力较大，宜减小结构竖向构件刚度，增大平动周期；

d)当不满足周期限制时，且层位移角控制潜力不大，应检查是否存在扭转刚度特别小的层，若存在应加强该层的抗扭刚度；

e)当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大，各层抗扭刚度无突变，说明核心筒平面尺度与结构总高度之比偏小，应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚，增大核心筒的抗扭刚度。

f)当计算中发现扭转为第一振型，应设法在建筑物周围布置剪力墙，不应采取只通过加大中部剪力墙的刚度措施来调整结构的抗扭刚度。

5.新高规5.1.5规定，进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，如果在结构模型中设定了弹性板或楼板开大洞，应计算两次，第一次抗震计算时选择<对所有楼层强制采用刚性楼板假定>（satwe→分析与设计参数补充定义→总信息→对所有楼层强制采用刚性楼板假定），按规范要求的条件计算周期比，第二次应在周期比满足要求后，不选择该项，以弹性楼板假定进行配筋计算。对于不适宜刚性楼板假定的复杂高层建筑结构，不宜考虑周期比控制。 5.调整周期比原则总结如下：

（1） 结构抗侧力构件的布局均匀对称。 （2） 增加结构周边刚度：

a.增大周边柱、剪力墙的截面或数量。

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