设计需要控制的七个比值及调整方法

高层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6.3.7和6.4.6，高规 6.4.2和7.2.14。     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。     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3.3.13。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。     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3.4.2，高规4.4.2；对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。     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5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15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3.4.2，高规 4.3.5。     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4.3.5。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。     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：只能通过人工调整改变结构布置，提高结构的扭转刚度；总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。第一或第二振型为扭转时的调整方法： 1）SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。 2）结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。见抗规3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近”。 3）结构的刚度（包括侧移刚度和扭转刚度）与对应周期成反比关系，即刚度越大周期越小，刚度越小周期越大；结构外围的抗侧力构件对结构的扭转刚度贡献最大。 4）当第一振型为扭转时，说明结构的扭转刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度，并适当削弱结构内部的刚度。 5）当第二振型为扭转时，说明结构沿两个主轴方向的侧移刚度相差较大，结构的扭转刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的侧移刚度则过小，此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强结构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。 6）在进行上述调整的同时，应注意使周期比满足规范的要求。 7）当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求；当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求。     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。     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。     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，见抗规3.4.2，高规4.4.3；对于形成的薄弱层应按高规5.1.14予以加强。     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5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15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。     高层结构整体控制参数的关联性及刚度控制 zhangxiaomin309.blog.163.com 结构整体控制是高层结构抗震设计的重要环节，各控制参数与结构抗侧力构件的刚度都有着直接的或间接的关系，因此也就不可避免地相互关联。认识各控制参数之间的关联性，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加经济合理。本文就此抛砖引玉，和大家共同探讨这一课题。 结构整体控制的过程，也就是对结构的刚度控制、调整的过程。控制参数中，位移比和周期比不仅与结构的刚度有关，也与结构刚度的分布状况有关。这两个参数反映了结构的扭转效应，是结构整体控制的难点，也是结构整体控制的入手之处。 位移比&周期比：由于位移比是在“全楼刚性楼板”的假定下计算的，这时的每层楼板在楼层平面内被假定为刚度无限大。因为位移比的计算要考虑偶然偏心，这样在水平地震力的作用下，即使是规则对称的结构也不可能是纯粹的平动，其最大水平位移与层间位移一定是发生在楼层边角部位的某处。所以一般情况下位移比是由结构边角部位的水平位移与层间位移决定的。因此调整结构外围抗侧力构件的刚度是控制位移比的最为有效的方法。周期比的控制在于结构具备足够的抗扭转刚度，而结构外围抗侧力构件对结构的抗扭转刚度贡献最大。因此调整结构外围抗侧力构件刚度以控制位移比时，必然对周期比产生较大影响。考虑到对周期比的影响，调整位移比时，特别是当周期比接近规范限值时，应注意不要削弱结构外围抗侧力构件的刚度。同样，对周期比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对抗侧力构件刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 周期比&剪重比：分析反应谱曲线（地震影响系数曲线）可以发现，当结构的自振周期超过特征周期后，地震影响系数呈减小趋势，并且在自振周期较小的情况下，减小的较快。也就是说，结构的周期越大，地震的作用越小；结构的周期越小，地震的作用越大。利用这个规律，当结构某主轴方向的剪重比不满足规范要求时，可通过加强该主轴方向的刚度来减小结构的自振周期，以增大结构的地震作用，进而增大剪重比。还可以根据反应谱曲线将结构的自振周期控制在适当的范围内，以获得更大的地震作用或减小地震作用。同样，在调整周期比时，也应根据剪重比的大小区别对待，当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，宜加强该主轴方向结构外围抗侧力构件的刚度；当某主轴方向的剪重比大于规范限值较多时，宜削弱该主轴方向结构内部抗侧力构件的刚度，以取得较好的经济技术指标。 位移比&剪重比：如前面所述，位移比的调整将影响到结构的自振周期，进而对结构的地震作用产生影响，使结构的剪重比发生变化。因此调整位移比时应根据剪重比的大小区别对待，当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，宜在结构刚心相对于质心偏心的一侧加强抗侧力构件的刚度；当某主轴方向剪重比大于规范限值较多时，宜在结构刚心相对于质心偏心的另一侧削弱抗侧力构件的刚度。同样，对剪重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对该主轴方向抗侧力构件刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 位移比&刚重比：分析刚重比的定义可以发现，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系。即在结构的质量基本保持不变的情况下，结构的侧移刚度越大，刚重比越大；结构的侧移刚度越小，刚重比越小。如前面所述，位移比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整位移比时应根据刚重比的大小区别对待，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，宜在结构刚心相对于质心偏心的一侧加强抗侧力构件的刚度；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，宜在结构刚心相对于质心偏心的另一侧削弱抗侧力构件的刚度。同样，对刚重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对该主轴方向抗侧力构件刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。 周期比&刚重比：如前面所述，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整周期比时应根据刚重比的大小区别对待，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，宜加强该主轴方向结构外围抗侧力构件的刚度；当某主轴方向的刚重比大于规范限值较多时，宜削弱该主轴方向结构内部抗侧力构件的刚度，以取得较好的经济技术指标。同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。特别是当结构的周期比接近规范限值时，宜加强结构外围抗侧力构件的刚度。 剪重比&刚重比：如前面所述，两个参数都与结构的刚度密切相关，且成正比关系。当结构的刚度发生变化时，这两个参数的变化趋势基本相同。当剪重比较小，如小于0.02时，结构的刚度虽能满足水平位移限值的要求，但往往不能满足刚重比的要求。这两个参数都反映了结构对刚度的绝对需求，在设计时是必须满足的。