高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法.docx

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高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法

高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法

高层设计的难点在于竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置，设计过程中控制的目标参数主要有如下七个：

1、轴压比：

主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.6和6.4.5，高规6.4.2和7.2.14。

电算结果的判别：

轴压比计算结果程序已经给出:

梁弹性挠度、轴压比、墙边缘构件简图。

轴压比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

SATWE程序不能实现。

2）人工调整：

增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

轴压比过小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变,在调整过程中可能相互关联,应注意不要顾此失彼。

2、剪重比：

主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见抗规5.2.5，高规4.3.12。

这个要求如同最小配筋率的要求，算出来的地震剪力如果达不到规范的最低要求，就要人为提高，并按这个最低要求完成后续的计算。

电算结果的判别：

（1）对于一般高层建筑,结构剪重比底层为最小,顶层最大,故实际工程中,结构剪重比由底层控制,由下到上,哪层的地震剪力不够,就放大哪层的设计地震内力。

（2）结构各层剪重比及各楼层地震剪力调整系数自动计算取值,结果详SATWE周期、地震力与振型输出文件WZQ.OUT。

（3）各层地震内力自动放大与否在调整信息栏设开关;如果用户考虑自动放大,SATWE将在WZQ.OUT中输出程序内部采用的放大系数。

（4）六度区剪重比可在0.7%~1%取。

剪重比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后，SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。

2）人工调整：

如果还需人工干预，可按下列三种情况进行调整：

a）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度；

b）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标；

c）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，以满足剪重比要求。

3、刚度比：

主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，见抗规3.4.3，高规3.5.2；对于形成的薄弱层则按高规3.5.8予以加强。

电算结果的判别：

（1）规范对结构层间刚度比和位移比的控制一样,也要求在刚性楼板假定条件下计算。

对于有弹性板或板厚为零的工程,应计算两次,先刚性楼板假定条件下计算层间度比并找出薄弱层,然后在真实条件下完成其它结构计算。

（2）层间刚度比及薄弱层地震剪力放大信息在<建筑结构的总信息>WMASS.OUT文件中输出。

程序根据刚度比的计算结果或层间剪力的大小自动判定薄弱层,并乘以放大系数,以保证结构安全。

当然,薄弱层也可在调整信息中通过人工强制指定。

转换层属于楼层抗侧力构件不连续形成的薄弱层,不论层间刚度比是多少,都应将该楼层设置为薄弱层。

（3）对于上述三种计算层刚度的方法,我们应根据实际情况进行选择:

对于底部大空间为1层时或多层建筑及砖混结构应选择"剪切刚度";对于底部大空间为多层时或有支撑的钢结构应选择"剪弯刚度";而对于通常工程来说,则可选用第三种规范建议方法,此法也是SATWE程序的默认方法。

刚度比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。

2）人工调整：

如果还需人工干预，可适当降低本层层高和加强本层墙、柱或梁的刚度，适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙、柱或梁的刚度。

4、位移比：

主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。

见抗规3.4.3，高规3.4.5。

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。

电算结果的判别：

PKPM软件中的SATWE程序对每一楼层计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值,详位移输出文件WDISP.OUT。

但对于计算结果的判读,应注意以下几点:

（1）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。

（2）验算位移比应考虑偶然偏心的影响。

（3）验算位移比应选择强制刚性楼板假定。

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<对所有楼板强制采用刚性楼板假定>,按规范要求计算位移比;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等计算。

（4）对于体育场馆、特殊工业建筑、空旷结构、错层和越层等结构,由于其竖向构件高度不一致,采用强制刚性楼板假定会带来较大的计算误差,因此,对这类复杂的建筑结构不宜强行进行位移比控制。

（5）位移比不满足要求的原因,往往是结构平面不规则,刚度布置不均匀,结构上下层刚度偏心较大等,解决办法主要是改进设计,使结构规则,刚度均匀。

位移比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

SATWE程序不能实现。

2）人工调整：

只能通过人工调整改变结构平面布置，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“分析结果图形和文本显示”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、柱等构件的刚度；也可找出位移最小的节点削弱其刚度；直到位移比满足要求。

5、周期比：

主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，见高规3.4.5。

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，结构扭转效应过大。

电算结果的判别：

（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,故需设计人员按如下步骤验算周期比:

①考察各振型是平动系数还是扭转系数占主导地位（最好大于0.8,至少也要大于0.5）,区分出各振型是平动振型还是扭转振型。

②在平动振型和扭转振型中找出周期最长的（一阶振型）为第一平动周期T1和第一扭振周期Tt。

必要时还应查看该振型的基底剪力是否较大,考查该振型在<结构整体空间振动简图>中,是否能引起结构整体振动,局部振动周期不能作为第一周期。

③计算Tt/T1,考查是否超过0.9（0.85）。

（2）在结构符合刚性楼板假定时,周期比计算应在刚性楼板假定下进行;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。

（3）对于多塔大底盘结构,宜采用离散模型分析,即将整体建立的多塔大底盘模型人为地切分成独立的单塔模型,使各单塔单独参与抗震计算。

周期比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

SATWE程序不能实现。

2）人工调整：

①结构抗侧力构件的布局均匀对称。

②增强结构周边的刚度。

具体措施有:

增大周边柱、剪力墙的截面或数量。

增大周边梁的高度、楼板的厚度;加强转角窗周边构件的截面和强度,包括剪力墙暗柱,窗间墙,楼板等,特别是增设暗梁。

③降低结构中部的刚度。

具体措施有:

结构中部剪力墙上开洞;中部核心筒开结构洞再填充。

6、刚重比：

主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳，见高规5.4.1和5.4.4。

刚重比不满足要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

电算结果的判别:

（1）结构刚重比在<建筑结构的总信息>WMASS.OUT文件中输出,程序自动判定整体稳定性和是否需要考虑重力二阶效应。

（2）对于剪切型的框架结构,当刚重比大于10时,则结构重力二阶效应可控制在20%以内,结构的稳定已经具有一定的安全储备;当刚重比大于20时,重力二阶效应对结构的影响已经很小,故规范规定此时可以不考虑重力二阶效应。

（3）对于弯剪型的剪力墙结构、框剪结构、筒体结构,当刚重比大于1.4时,结构能够保持整体稳定;当刚重比大于2.7时,重力二阶效应导致的内力和位移增量仅在5%左右,故规范规定此时可以不考虑重力二阶效应。

刚重比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

SATWE程序不能实现。

2）人工调整：

只能通过人工调整改变结构布置，加强墙、柱等竖向构件的刚度，通常应调整结构的高宽比。

7、层间受剪承载力比：

控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层，见高规3.5.3；对于形成的薄弱层应按高规3.5.8予以加强。

电算结果的判别：

层间受剪承载力比在<建筑结构的总信息>WMASS.OUT文件中输出,程序没有自动判定承载力是否超过限值而出现薄弱层。

层间受剪承载力比不满足时的调整方法：

1）程序调整：

在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，将该楼层强制定义为薄弱层，SATWE按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。

2）人工调整：

如果还需人工干预，可适当提高本层构件强度（如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。

如果结构竖向较规则，第一次试算时可只建一个结构标准层，待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层；这样可以减少建模过程中的重复修改，加快建模速度。