高层结构设计中六个“比”的控制与调整

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1、高层结构设计中六个“比”的控制与调整　　-----SATWE电算结果与规范条文的对照理解对于高层结构设计来说，位移比、周期比、刚度比、刚重比、剪重比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的六个极其重要的参数，《抗震规范》;《混凝土规范》;《高规》均在相关章节对以上“六个比”进行了严格控制。在初步设计和施工图设计阶段，结构设计和审图人员对以上“六个比”都非常重视，本文仅以我国目前较为权威且应用最为广泛的PKPM软件中的SATWE程序的电算结果，结合规范条文的要求，谈谈如何对电算结果进行判读、控制与调整。1.

2、位移比:位移比：即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。Δu/h应满足以下要求：　　　　电算结果的判别与调整要点: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。但对于计算结果的判读,应注意以下几点：若位移比超过，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用;验算位移比需要考虑偶然偏心作用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心验算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平

3、面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响最大层间位移、位移比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，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。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2．周期比：名词释义：周期比即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

4、连的影响,结构的扭转效应将明显增大。相关规范条文的控制：[高规]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T1之比，***高度高层建筑不应大于；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。[高规]条规定，高层建筑结构计算振型数不应小于9,抗震计算时,宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应,振型数不小于15,对于多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。电算结果的判别与调整要点:(1).计算结果详周期、地震力与振型输出文件。因S

5、ATWE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:a）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还是平动为主的振型。一般情况下，当扭转系数大于时,可认为该振型是扭振振型,反之应为侧振振型。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；b）周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1；c）计算Tt/T1，看是否超过()。对于多塔结构周期比，不能直接按上面的方法验

6、算，这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算(注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构)。(2).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

7、小。(3).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]条执行，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。(4).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

8、合理，使结构不致于出现过大的扭转效应。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结构外圈，或者削弱内筒。(5).扭转周期控制及调整难度较大，要