【摘要】：本文探討了建筑結構設計中計算鋼筋混凝土結構PKPM計算軟件TAT，SATWE和PMSAP的新、舊規范版本、新舊規范條文的變化，在應用SATWE軟件新規范版SATWE軟件計算鋼筋混凝土結構的工程實踐中，基本構件的設計公式不同程度改變。由于軟件計算模型上存在著差異，因此導致了各軟件的計算結果有所不同。
　　【關鍵詞】：PKPM，SATWE，軟件，設計計算，工程，探討
　　一、PKPM計算參數及結構構件計算設計
　　1.計算參數
　　設計軟件可以自動計算出最大地震力作用方向并在計算書中輸出嗎，設計人員如發現該角度絕對值大于15度時，應將該數值回填(代入設計參數中)到軟件的“水平力與整體坐標夾角”選項里并重新計算，以體現最不利地震作用方向的影響。結構基本周期是計算風荷載的重要指標：設計人員如果不能事先知道其準確值，可先按經驗公式:T1=0.25+0.35×10-3H2/3√B計算代入軟件，亦可以保留軟件的缺省值，待計算后從計算書中讀取其值，填入軟件的“結構基本周期”選項，重新計算即可。
　　2.結構構件設計計算
　　2.1柱軸壓比計算，新抗震規范6.3.7條、高規的6.4.2條和混凝土規范的11.4.16條，都規定了柱軸壓比的限值，并規定建造于IV類場地且較高的高層建筑柱軸壓比限值應適當降低。柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比：可不進行地震計算的結構，取無地震作用組合的軸壓力設計值。
　　2.2剪力墻軸壓比計算：新抗震規范6.4.6條、高規的7.2.14條和混凝土規范的11.7.13條，都規定了剪力墻軸壓比的限值。目前新規范程序給出各個墻肢的軸壓比。
　　2.3剪力墻強區：底部加新抗震規范和新高規對剪力墻結構底部加強部位的定義略有不同，分別定義如下：
　　新抗震規范6.1.10條規定，部分框支抗震墻結構的抗震墻，其底部加強部位的高度，可取框支層加上框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的l/8二者的較大值，且不大于15m，其它結構的抗震墻，其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部二層高度二者的較大值，且不大于15m.，新高規的7.1.9條規定，一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的l/8和底部二層高度二者的較大值，當剪力墻高度超過150m時，其底部加強部位的范圍可取墻肢總高度的1/10.新高規的10.2.5條規定，帶轉換層的高層建筑結構，剪力墻結構底部加強部位可取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。
　　3.剪力墻的約束邊緣構件和構造邊緣構件
　　新高規的7.2.15條規定，抗震設計時，一、二級剪力墻結構底部加強部位及以上一層的墻肢設置約束邊緣構件，一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設計的剪力墻墻肢均應設置構造邊緣構件。梁、柱軸壓比計算，構件截面優化設計。
　　軟件對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況：（1）當梁的彎矩設計值M大于梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋；（2）規范對混凝土受壓區高度限制：四級框架及非抗震框架：ξ≤ξb，二、三級框架：ξ≤0.35(計算時取AS’=0.3AS)，一級框架：ξ≤0.25(計算時取AS’=0.5AS)。
　　當ξ不滿足以上要求時，程序提示超筋，《抗震規范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，大于此值時，提示超筋；混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求,如不滿足則提示超筋。出現以上超筋信息時，設計人員可采用下列方法做以下調整：一是增大梁截面，提高混凝土強度等級。二是增大對雙筋梁受壓區鋼筋面積,受拉區鋼筋面積不變,使梁受壓區高度減小，從而使ξ減小。
　　柱軸壓比計算：柱軸壓比越小說明結構的延性越好，柱軸壓比越大說明結構的剛度越大，結構的側移越大抗震性能越差。要確定合理的軸壓比必須滿足:N/fcA≤n(n=0.7、0.8、0.9)。
　　二、應用SATWE軟件的幾點新規范版SATWE軟件計算鋼筋混凝土結構的工程實踐探討
　　1.剪力墻配筋
　　SATWE根據新規范計算剪力墻配筋，增加了邊緣構件計算，因此在其傳統的平面配筋簡圖中表示的剪力墻墻柱（暗柱、端柱和翼墻）配筋不再作為配筋設計的直接依據，僅作為參考保留，設計墻柱配筋時應根據邊緣構件配筋簡圖或剪力墻邊緣構件輸出文件SatbInb.out進行設計。但是SATWE目前還未將平面配筋簡圖和邊緣構件配筋簡圖的內容結合在同一圖形內統一表達，所以對墻體水平配筋值和超限信息依舊在平面配筋簡圖中表示，邊緣構件配筋簡圖中僅表示墻柱設計配筋值及截面尺寸。因為平面配筋簡圖早為大家所熟知，而且比目前的邊緣構件配筋簡圖和文本文件都來得直觀，所以希望SATWE軟件在這方面進行改進，以方便設計者使用。
　　在目前的平面配筋簡圖中表示的墻柱配筋值指的是計算值而非設計值，未考慮最小配筋率等構造要求，當某段墻肢墻柱配筋值顯示為0時，則表示該墻柱為構造配筋。需要注意的是，在邊緣構件配筋簡圖中，雖然軟件自動計算了墻柱的截面尺寸，但是出于某些原因該尺寸可能并不一定符合實際情況，需要設計者在設計時予以調整。另外，對頂部有小塔樓的結構，SATWE在計算底部加強部位范圍時，對墻肢總高度的取值，是按首層樓面至小塔樓屋面的總高度計算的而不是按各墻肢自身總高度分別計算的，程序自動將底部加強部位向上延伸一層計算約束邊緣構件。
　　2.帶地下室結構嵌固層的選取
　　《高層建筑混凝土結構技術規程》第5.3.7條規定，當地下室頂板作為上部結構的嵌固層時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部樓層側向剛度的2倍，而規范中設計內力調整系數所對應的底層即指嵌固層樓板。因此，正確選取嵌固層就成為結構整體計算是否正確的關鍵。但是目前軟件尚無法自動判斷嵌固層位置，而且工程實踐中情況千差萬別，要求軟件做到自動判斷亦十分困難，仍然需要設計者進行人工干預，軟件為此提供了必要的條件。首先可以按實際地下室層數進行第一次計算，查文本文件中的“結構設計總信息”。軟件自動計算了樓層上下側向剛度，這是結構自身的固有性質，不會因地下室層數的變化而改變，據此可以判斷嵌固層的位置（當然，對一般工程來說，也可以根據規范提供的公式手算樓層側向剛度比〉。然后根據嵌固層位置調整計算參數中的"地下室層數"進行第二次計算，SATWE將設計內力調整系數作用在地下室頂板上。但是對實際工程，地下室結構一般都有側向土體約束，對帶有多層地下室的結構，當地下室頂板不能作為嵌固層時，單純將地下結構加入到主體結構中進行計算，即認為嵌固層位置在地下二層樓板處或更低，則可能造成結構的內力與位移計算結果不符合實際情況，甚至導致薄弱層位置變化等等。因此在設計時，應將兩種計算結果進行比較，取最不利結果作為設計依據。應注意，SATWE允詐利用“地下室信息”里的“回填土對地下室約束剛度比”參數來控制地下室結構的水平位移，但是這一參數并不影響設計內力調整系數作用位置。另外，《建筑抗震設計規范》中關于"位于地下室頂板的梁柱節點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和"的規定，目前軟件還沒有考慮。
　　3.結構扭轉周期計算
　　計算扭轉時應按剛性板假定進行，而不應設置彈性板，否則計算出來的結構扭轉周期和結構位移是不真實的。因此，當結構計算中需要指定某些板塊為彈性板時，應先按無彈性板模型考查結構扭轉是否合格，配筋設計時取兩種模型計算的最不利結果作為設計依據。
　　4.錯層結構的輸入
　　SATWE軟件可以進行錯層結構的計算，方法是在PMCAD建模時按實際情況輸入錯層平面，即對應每個錯層平面應建立兩個標準層，并將沒有樓板的部分設置為全房間洞，SATWE軟件會自動搜索判斷錯層并計算結構內力。在用PMCAD建模時，“輸入次梁樓板”菜單里的兩個參數“樓板錯層”和“梁錯層”，常引起設計者的誤會，以為這兩個參數就是用來計算錯層的，其實這兩個參數只影響畫圖，而不能用來計算錯層。建議PMCAD在這里做一個提示，以免設計者因誤會而造成錯誤。工程中有時會遇到剪力墻上因錯層而造成門窗洞口被分為上下兩部分的情況，此時應在洞口兩側增加節點，使下部墻體成為相互獨立的兩段墻，并在上部按實際連梁高度輸入主梁。對于多塔結構，當各塔層高不同時，有的設計者也將其按錯層輸入，這是不正確的。對這種情況，可以在PMCAD建模時先按一種層高建模，然后在SATWE的“多塔樓定義”里，修改各塔層高。當然，在修改層高之前別忘了按實際情況先設置多塔。
　　三、討論
　　當某洞頂連梁（按洞口輸入而不是按主梁輸入）高度小于300m時，SATWE在計算內力時將忽略該梁的存在，亦不計算其配筋。對某些連梁超限的情況，當其破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結構內力分析。為此，可以調整結構計算模型中的洞口高度，使洞頂連梁高度小于300，從而實現這一目的，避免了增加節點設置主梁的麻煩。配筋設計時，墻肢應按兩次計算所得的較大內力進行配筋設計，連梁按實際截面計算，縱筋可按2.0%~2.5%的配筋率配置，并按實際配筋面積反算連梁彎矩來計算所需的箍筋面積，做到“強剪弱彎”。
　　在SATWE“分析與設計參數補充定義”中，對考慮了雙向地震力作用的結構，不應同時考慮按雙偏壓方法計算一般框架柱配筋。一般來說，對異型枉、角枉，應采用雙偏壓計算，對一般框架柱，則可以采用單偏壓計算。需要指出的是，目前SATWE雖然要求設計者在“特殊構件補充定義”里定義角柱，但在結構計算時，如果設計者沒有選擇“按雙偏壓計算柱”，則軟件并不按雙偏壓方法計算設計者定義的角柱。所以，對框架角柱來說，應進行雙偏壓的補充驗算。[PKPM2003.1P19]
　　◆樓層最小地震剪力系數λ（剪質比）7度區0.016.《抗震》5.2.5
　　◆大開洞問題：《高規》4.3.6-8
　　◆彈性層間位移角限值［θe］：《抗震》5.5.1
　　◆薄弱層彈塑性層間位移角限值［θp］：《抗震》5.5.5
　　◆“剛域”：《高規》5.3.4
　　◆規則結構不進行扭轉耦聯計算時《抗震》5.2.3建筑結構估計水平地震作用扭轉影響時，應按下列規定計算其地震作用和作用效應：1規則結構不進行扭轉耦聯計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用效應應乘以增大系數。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用；當扭轉剛度較小時宜按不小于1.3采用2扭轉耦聯振型分解法計算時各樓層可取兩個正交的水平位移和一個轉角共三個自由度并應按下列公式計算結構的地震作用和作用效應確有依據時尚可采用簡化計算方法確定地震作用效應。
　　◆（頂塔樓）突出屋面梯間等放大系數3，《抗震》5.2.4-采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應，宜乘以增大系數3，此增大部分不應往下傳遞，但與該突出部分相連的構件應予計入；采用振型分解法時，突出屋面部分可作為一個質點；單層廠房突出屋面天窗架的地震作用效應的增大系數，應按本規范9章的有關規定采用。
　　◆結構安全等級：分三級。一般建筑為二級。《混凝土結構設計規范》――3.2.1
　　◆裂縫控制等級：分三級。《混凝土結構設計規范》3.3.3
　　◆耐久性規定（環境類別）：《混凝土結構設計規范》3.4.1