SATWE结构计算结果超限分析及其调整策略探讨

高层建筑整体结构的体系选型对于能够在很大程度上影响结构各项设计指标，更能通过对其控制以达到调整避免超限的效果，另外依据SATWE结构计算得到的结果进行逐个分析，能够更准确的了解结构超限的细节情况，采取更加精准的措施以实现建筑结构设计的最优化。本文就影响建筑结构体系选型几个因素进行阐述，接着介绍了通过结构体系优化调整来控制超限的策略，SATWE计算结果中的各参数进行深入剖析，明确超限调整方法。

结构体系优化控制结构超限策略

在高层建筑结构设计过程中，依据一些基本原则进行优化处理不仅可以改善结构受力的性能，还能增强结构抗震的能力，同时有控制建设成本的效果。首先，可以通过结构抗弯体系有效的宽度尺寸控制来调节结构抗侧刚度，这是既直接又有效地手段。宽度的增加直接的增大了抵抗力臂，这样抗倾覆力即会减小，依据基本的材料力学知识即可以推导，在同样抗倾覆力和面积情况下，结构宽度不同形状不同能够得到的几何特征也差距较大。据此可知，加大了抗弯结构构件有效宽度对整个结构抗侧刚度的提高作用非常显著。其次是优化处理结构分体系的设计，做到各个构件实现最有效方式的相互作用，例如斜杆和弦杆桁架体系受力状态较为有效；抗震墙内部可以设置交叉的钢筋增强抗剪的能力；最优化的框架刚度比实现良好受力效果等。再次，结构工程师要清晰最有效受荷构件要发挥其自身材料强度，增大其面积，这也是基本的结构概念。另外，建筑水平方向作用大部分是通过楼板来进行传递，而且当前所有规范及经验设计所采用的结构分析理论都是采用楼板在水平方向具有无限大刚度的基本假定。保证各层楼盖足够连续性及刚度设计才能实现水平隔板效果的作用，将外力抵抗构件协同连接成为一个整体，进而避免因楼板产生的超限问题出现。还要合理的选择倒塌机制，保证结构的破坏机制要出现在结构构件发生塑性铰之后，而且此时的承载能力要实现基本稳定维持，持续发生变形但不发生倒塌，对于地震的能量能最大限度的吸收消耗掉，实现结构稳定承受外荷载的使命。最后要全面考虑结构抗震性能，以多道设防体系的建立来有效实现罕遇烈度地震作用下建筑物对人民生命财产安全的保护作用，这也是规范所做的要求。另外，对于建筑方案中所确定的建筑高度与层数、长宽比、建筑体型及高宽比等，借助电算数据进行适用性和经济性能分析。

SATWE计算结果确定结构体系合理性及控制策略

将建筑结构信息输入PKPM，按照现行规范进行参数设置调整，保证尽可能同实际建筑结构保持一致，配筋计算后，得到SATWE结构计算结果。规范都对结构整体的合理性及科学性进行重点强调，要求保证在地震的作用之下，结构能够保证动力特性及变形能力都满足抗震设防的需要，常见的几项超限参数也都体现在SATWE计算结果中。

首先是保证结构以扭转为主的第一个自振周期同以平动为主的第一个自振周期的比值，也就是周期比严格符合规范的要求，保证对结果扭转效应的控制。限定了周期比就使得抗侧力构件平面的布置更加合理更加有效化，结构就不会出现不合理的扭转，从建筑结构整体上保证不出现超限的效果。如果结构设计的周期比超过了规范所规定的限值，表明该结构设计会有明显的扭转效应，这种情况下要对边缘和中间区域的构件进行调整，加大结构周边的构件刚度，并且减小中间结构构件刚度，从而增强结构整体的抗扭刚度。第二个重要保证指标是层间位移比，即最大的层间位移同平均的层间位移之间比值，其控制着结构在平面上的不规则性。规范按照刚性板的基本假定来得出了位移比的限值，实际设计的结构模型如果设定成弹性板就必须在电算软件的参数设置的时候强制选择刚性楼板假定选项，这样算出来的位移比才有可比性。保证了位移比在可比情况下能够满足规范要求之后，进入配筋计算的时候还是要按照原定的弹性板假定来进行。第三个保证的是软件已经提供的剪切刚度同剪弯刚度比值和地震剪力同地震层间位移比值的刚度比，其控制着结构竖直方向不规则性。第四个保证参数为结构刚度除以重力荷载得到的刚重比，其控制着结构整体的稳定性，同时在重力二阶效应影响因素之中也是重要参数之一。该值超过限值表明结构有失稳倒塌的风险，设计人员只能综合对结构刚度和重力荷载进行控制以保证限值要求。最后还要保证楼层的剪力除以其上部各层重力荷载代表值和所得到的剪重比，其值满足规范要求才能保证结构的抗震设计需要。

某办公楼建筑超限分析及其调整策略

办公楼工程概况

某办公楼工程项目占地6808 m2，建筑办公空间约77253 m2，整体呈现椭圆形，长轴方向贯穿了所在场地东南和西北角。主体塔楼地上部分四十层，地下五层，底部四层5.8m层高，标准层4.35m层高，高宽比4.59，满足体形系数规范要求，图1 为该办公楼建筑平面图。主塔楼采用框架-核心筒结构体系，中间采用钢筋混凝土筒体，结构不出现形状上下变化，周边塔楼使用钢筋混凝土柱承受荷载，下部的楼层则使用型钢混凝土柱受荷。材料使用方面，地上部分梁和板主要采用C30混凝土，型钢混凝土柱采用C40至C60混凝土，结构钢以Q345与Q345GJ为主。

结构设计分析

使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部的高层建筑结构空间有限元设计分析软件SATWE完成结构整体计算分析，对超限项进行调整修正后重新计算最终保证实现结构避免超限的目标。修正后基本风压去0.55 kN/m2，地面粗糙度取D类，结构基本周期取2.56s，中梁刚度增大系数取2.00，梁端弯矩增幅系数0.85，连梁刚度折减系数0.80，梁扭矩折减系数0.40，其它参数参照相关规范及工程取值。

结构超限检查

该项目主体塔楼的高度181m，超过了规范对于A级高度130m的限值，还略超过B级高度180m的限值底部由于步行天桥同楼层有链接，出现不规则的扭转，也就是说，主体塔楼属于超限高层建筑。

调整策略及应对措施

依据前面所做的介绍，该结构的调整策略主要是两个方面。一方面在底部使用型钢混凝土框架柱，提高框架的延性，更好的保证二道设防的结构设计要求；另一方面是保证建筑要求前提之下，缩小柱子艰巨，保证框架能够更能有效地分担核心筒的地震剪力。此外，计算上修正参数，使得计算能够更加符合实际工程。

措施调整结果

经过调整后重新分析计算得到周期比为0.717，地震作用下X方向层间位移比为1/906，Y方向层间位移比为1/1207，风荷载作用下X方向层间位移比为1/916，X方向层间位移比为1/2904。

结语

通过结合工程实例，本文系统地介绍了整体体型系数控制，根据SATWE计算结果为依据，对结构体系采取优化布置，实现结构的建筑效益，从工程实践表明，采取综合采取控制方法可有效使结构计算结果满足规范要求。