建筑结构设计新规范及新规范软件SATWE

1．荷载效应
①.风荷载计算
新规范中，基本风压，建筑的风压高度变化系数，脉动增大系数，脉动影响系数都有所改变，有增大的情况，也有减小的情况。所以，按新规范计算的风压标准值有可能比老规范大，也有可能比老规范小。对某一规则的12层框架结构，分别按新旧规范计算风荷载设计值，在地面粗糙度类别为A，B，C的三种情况下，各种结构类型的风荷载设计值都有所增加，增幅在7~35%之间，而在地面粗糙度类别为D时，风荷载设计值比89规范的C类减小了11~19%
②.地震作用计算
新规范变化的内容：
1）改变了抗震设防烈度与设计地震基本加速度值的对应关系，增加了7.5度和8.5度地区的建筑。
2）把直接影响建筑设计特征周期Tg的设计近、远震该为设计地震分组，在一定程度上提高了地震作用。
3）设计反应谱范围由原来的3s延伸到6s,分直线上升段，平台段，指数下降段和倾斜下降段。
4）对质量、刚度、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构规定应采用考虑扭转藕连振动影响的振型分解反应谱法。
5）规定了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。
6）规定高层建筑在计算地震作用时应考虑偶然偏心的影响。
7）对于抗震设防烈度为9度的高层建筑，其竖向地震作用应按规范的公式计算，并宜乘以1.5的放大系数，相当于重力荷载代表值的23.4%;长悬臂和其他大跨度的竖向地震作用标准值，8度、8.5度、9度时分别取重力荷载代表值的10%、15%、20%。在实际工程中，有些高位转换的复杂结构，即使在7度抗震设计时，也要求考虑竖向地震作用。综上因素，程序中允许在任何抗震设计烈度情况下都可以考虑竖向地震作用影响。
为充分体现新规范的有关地震作用的计算要求，软件中有关地震作用计算部分已按上述全面调整，对于某一规则的8层框架结构，二类场地土，分别按新旧规范计算地震作用的标准值，比较发现，新规范计算的地震作用比89规范大10%以上。
③地震作用调整
规范规定的地震作用调整：
1）抗震计算时，结构任一楼层水平地震作用的剪重比不应小于规范给出的最小地震剪力系数；对于竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的放大系数。程序在输出文件WZQ.OUT中已考虑了这条要求。
2）0.2Q0的调整。对于侧向刚度竖向分布不均匀的框—剪结构，调整时应予特别注意，程序针对这种情况给出一些判断措施：（1）对裙房和裙房以上部分分别进行调整（2）若计算出的0.2Q0调整系数大于Adj_max，则取为Adj_max（设计人员可干预修改），以避免不合理的调整。
3）新规范规定规则结构不进行扭转藕连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用应乘以放大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。软件未执行这一条规定，建议对规则结构的地震作用计算也要考虑扭转藕连的影响，也可参考新规范的要求，考虑偶然偏心，或自行调整。
4）新抗震规范规定，竖向不规则的建筑结构，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数；新“高规”规定，楼层侧向刚度小于上一层的70%或其上相邻三层平均值的80%，该楼层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。因层刚度计算方法存在问题，难以由程序自动判断哪些楼层是薄弱层，为实现这条规定，程序为每一楼层都提供了一个地震力增大系数，设计人员可以决定哪些楼层的地震剪力应增大。
5）新“抗规”规定，竖向不规则的建筑结构，当竖向抗侧力构件不连续时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25~1.5的增大系数；新“高规”规定，转换梁在特一级和一、二级抗震时，其在水平地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。程序按“高规”执行，自动进行放大。
6）新“高规”规定，框支柱数目不多于10根时，当框支层为1~2层时各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%，当框支层为三层及三层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%，框支柱数目多于10根时，当框支层为1~2层时每层框支柱所承受的剪力之和应取基底剪力的20%，当框支层为3层及3层以上时，每层框支柱所承受的剪力之和应取基底剪力的30%框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱的轴力可不调整。这条规定，程序自动实现。
2．效应组合与设计内力调整
新荷载规范修改了荷载效应的组合原则，增加了永久效应控制的组合。各荷载作为独立的随机过程，可能的荷载组合很多。为了简化计算，软件对荷载组合作了适当简化，去掉了不必要的次要组合。（其他内容为新规范规定的调整系数，此处略）
3．结构整体性能控制计算
3．1位移控制
新“高规”规定，高层建筑的楼层竖向构件最大水平位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，A级高度高层建筑的楼层竖向构件上述二值不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑，及复杂高层建筑的楼层竖向构件上述二值不应大于该楼层平均值的1.4倍。
新规范软件在位移输出文件中增加了有关信息，包括每一楼层竖向构件最大水平位移、楼层平均位移、二者的比值、楼层竖向构件最大层间位移、楼层平均层间位移、二者的比值以及最大层间位移角。
3．2周期控制
新“高规”规定，结构以扭转为主的第一周期Tt和以平动为主的第一周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑，及复杂高层建筑不应大于0.85。对于侧向刚度沿竖向分布基本均匀的较规则结构，其规律性较强，扭转为主的第一周期Tt和平动为主的第一周期T1都好确定，但对于平面或竖向布置不规则的结构，则难以直观地确定Tt和T1。为便于设计人员执行这条规定，程序中增加了根据振动方向因子判断各振型的振动形态功能和主振型的判断功能。
3．3层刚度比控制
新规范中，层刚度和层刚度比是两个重要参数，许多条文规定都与这两个参数有关。有关层刚度的计算方法，则是一个复杂问题。并不是说理论上的难度或软件实现上的困难，而是计算方法上的分歧。目前规范给出了三种计算方法，这三种方法分别为：
（1）抗震规范建议的方法——层剪力与层位移的比值
（2）高规附录E.0.1建议的方法——剪切刚度
（3）高规附录E.0.2建议的方法——剪弯刚度
高规附录E.0.2建议的剪弯刚度是针对两层或多层转换层结构的，计算的不是一层，而是转换层以下部分（高度为Hi）和高度相当于Hi的转换层以上局部。⊿i为单位水平力作用下的位移。这种方法也适用于层刚度计算，只是此时的Hi为第i层的层高。层的抗侧移刚度实际上就是使刚心产生单位位移所需要的水平力。
目前存在的问题是上述三种方法差异很大，如仅有一个标准层的简单框架结构，按方法（1）计算，各层的刚度不相等，而且与水平力的取法有关；按方法（2），（3）计算，各层的层刚度都相同；但按方法（1）、（2）、（3）计算的刚度相差很多，对于一个具体的实际工程而言，层刚度比计算可能有自相矛盾的情况存在，可能某一方法的结果满足规范要求，而其他方法的结果不满足规范要求。软件中提供了两种方法，分别为“剪切刚度法”和“剪弯刚度法”，如果需要按新抗震规范中的方法计算层刚度，可以根据程序计算结果输出的层地震剪力和与该层对应的层间位移进行估算。
3．4框剪结构中框架部分承担的倾覆力矩计算
新抗震规范、新高规都规定，框架-剪力墙结构，在基本振型地震作用下，若框架部分承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%，其框架部分的抗震等级应按框架结构确定，柱轴压比限值宜按框架结构采用。抗震规范第6.1.3条的条文说明给出了框架部分承担的倾覆力矩Mc的计算方法：Mc=ΣΣVijhi,其中Vij、hi分别为第i层第j根柱的计算剪力和第i层层高。该方法是基于如下假定而建立的：
（1）整个结构可以综合归纳为两部分：综合框架和综合剪力墙。
（2）综合框架和综合剪力墙之间没有剪力传递。
一般情况下，上述假定是成立的，该方法适用。但对于有支撑或有框支转换层的复杂结构，上述假定不成立，该方法不适用。所以，软件中没有采用上述方法，而是按如下原则计算的：
对第i层的每根柱和每片墙，分别记其内力为（Mcij,Ncij）和(Mwij,Nwij),按矢量合成的方法计算该层所有柱和墙的合力及合力点（Mci,Nci,Xci）,(Mwi,Nwi,Xwi)。
下面分两种情况：
（1）对于对称结构，则Xci=Xwi且Nci=Nwi=0，第i层框架部分承担的倾覆力矩为Mcki=Mci
（2）对于非对称结构，则Xci=Xwi且Nci=Nwi，除柱的合力与墙的合力外，还存在一个力偶Mcw=Nci*(Xwi-Xci)，则框架部分承担的倾覆力矩Mcki=Mci+Mcw/2。
这一方法完全是按照力学公式确定的，适用于任何情况，并可计算每层框架部分承担的地震倾覆力矩。