高層建筑中及7個控制參數(shù)

1、.高層設計的難點在于豎向承重構件（柱、剪力墻等）的合理布置，設計過程中控制的目標參數(shù)主要有如下七個：1、軸壓比：主要為控制結構的延性，規(guī)范對墻肢和柱均有相應限值要求，見抗規(guī)6.3.7和6.4.6。 2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性，見抗規(guī)5.2.5。 3、剛度比：主要為控制結構豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層，見抗規(guī)3.4.2。 4、位移比：主要為控制結構平面規(guī)則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。見抗規(guī)3.4.2。 5、周期比：主要為控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響，要求見高規(guī) 6、剛重比：主要為控制結構的穩(wěn)定性，以免結構產生滑移和傾覆，要求見

2、高規(guī)。7、層間受剪承載力比：控制豎向不規(guī)則性；要求見高規(guī)。1 剛度比的控制A 控制意義：新規(guī)范要求結構各層之間的剛度比，并根據剛度比對地震力進行放大。新規(guī)范對結構的層剛度有明確的要求，在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌固端、轉換層剛度是否滿足要求等等，都要求有層剛度作為依據，直觀的來說,層剛度比的概念用來體現(xiàn)結構整體的上下勻稱度.B 規(guī)范條文：新抗震規(guī)范附錄E2.1規(guī)定，筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2。新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%。新高規(guī)的5.3.7條規(guī)定，高層建筑結

3、構計算中，當?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固端時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍。新高規(guī)的10.2.6條規(guī)定，底部大空間剪力墻結構，轉換層上部結構與下部結構的側向剛度，應符合高規(guī)附錄D的規(guī)定。 E.0.1底部大空間為一層的部分框支剪力墻結構，可近似采用轉換層上、下層結構等效剛度比表示轉換層上、下層結構剛度的變化，非抗震設計時不應大于3，抗震設計時不應大于2。 E.0.2底部為25層大空間的部分框支剪力墻結構，其轉換層下部框加-剪力墻結構的等效側向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結構的等效側向剛度比e宜接近1，非抗震設計時不應大于2，抗震設計時不應大于1.3。C 計算

4、方法及程序實現(xiàn)： >>樓層剪切剛度 >>單層加單位力的樓層剪彎剛度 >>樓層平均剪力與平均層間位移比值的層剛度只要計算地震作用，一般應選擇第 3 種層剛度算法不計算地震作用，對于多層結構可以選擇剪切層剛度算法，高層結構可以選擇剪彎層剛度不計算地震作用，對于有斜支撐的鋼結構可以選擇剪彎層剛度算法D 注意事項: 轉換層結構按照“高規(guī)”要求計算轉換層上下幾層的層剛度比，一般取轉換層上下等高的層數(shù)計算。層剛度作為該層是否為薄弱層的重要指標之一，對結構的薄弱層，規(guī)范要求其地震剪力放大1.15，這里程序將由用戶自行控制。當

5、采用第3種層剛度的計算方式時，如果結構平面中的洞口較多，這樣會造成樓層平均位移的計算誤差增加，此時應選擇“強制剛性樓板假定”來計算層剛度。選擇剪切、剪彎層剛度時，程序默認樓層為剛性樓板2 周期比的控制A 控制意義：周期比-第一扭轉周期與第一側振周期的比值周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不致于出現(xiàn)過大（相對于側移）的扭轉效應。所以一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調整往往收效甚微。一句話，周期比控制不是在要求結構足夠結實，而是在要求結

6、構承載布局的合理性驗算周期比的目的，主要為控制結構在罕遇大震下的扭轉效應。B 規(guī)范條文高層規(guī)程第4.3.5條，要求：結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應大于0.9，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復雜高層建筑不應大于0.85抗歸中沒有明確提出該概念，所以多層時該控制指標可以適當放松，但一般不大于1.0。C 計算方法及程序實現(xiàn)程序計算出每個振型的側振成份和扭振成份，通過平動系數(shù)和扭轉系數(shù)可以明確地區(qū)分振型的特征。周期最長的扭振振型對應的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側振振型對應的就是第一側振周期T1（注意：在某些情況下，還

7、要結合主振型信息來進行判斷）。知道了Tt和T1，即可驗證其比值是否滿足規(guī)范D 注意事項復雜結構的周期比控制多塔結構周期比：對于多塔樓結構，不能直接按上面的方法驗算。如果上部沒有連接，應該各個塔樓分別計算并分別驗算，如果上部有連接，驗算方法尚不清楚。體育場館、空曠結構和特殊的工業(yè)建筑，沒有特殊要求的，一般不需要控制周期比。當高層建筑樓層開洞口較復雜，或為錯層結構時，結構往往會產生局部振動，此時應選擇“強制剛性樓板假定”來計算結構的周期比。以過濾局部振動產生的周期3 位移比的控制A 控制意義：位移比-是指樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角與本樓層平均值的比位移比的大小反映了結構的扭轉效應，同周

8、期比的概念一樣都是為了控制建筑的扭轉效應提出的控制參數(shù)。（在高歸4.3.5條中位移比和周期比是同時提出的）B 規(guī)范條文抗規(guī)第3.4.3.1條規(guī)定：平面不規(guī)則而豎向規(guī)則的建筑結構，應采用空間結構計算模型，并應符合下列要求：1)扭轉不規(guī)則時，應計及扭轉影響，且樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍；新高規(guī)的4.3.5條規(guī)定，在考慮質量偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角，A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應大于該樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復

9、雜高層建筑，不應大于該樓層平均值的1.4倍。C 計算方法及程序實現(xiàn)程序中對每一層都計算并輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應的比值，用戶可以一目了然地判斷是否滿足規(guī)范。且注意位移比的限值是根據剛性樓板假定的條件下確定的，其平均位移的計算方法，也基于“剛性樓板假定”。控制位移比的計算模型：按照規(guī)范要求的定義，位移比表示為“最大位移/平均位移”，而平均位移表示為“（最大位移+最小位移）/2”，其中的關鍵是“最小位移”，當樓層中產生0位移節(jié)點，則最小位移一定為0，從而造成平均位移為最大位移的一半，位移比為2。則失去了位移比這個結構特征參數(shù)的參考意義，所以計算位移比時，

10、如果樓層中產生“彈性節(jié)點”，應選擇“強制剛性樓板假定”。規(guī)范要求：高規(guī)4.3.5條，應在質量偶然偏心的條件下，考察結構樓層位移比的情況。層間位移角：程序采用“最大柱（墻）間位移角”作為樓層的層間位移角，此時可以“不考慮偶然偏心”的計算條件。D 注意事項復雜結構的位移控制復雜結構，如坡屋頂層、體育館、看臺、工業(yè)建筑等，這些結構或者柱、墻不在同一標高，或者本層根本沒有樓板，此時如果采用“強制剛性樓板假定”，結構分析嚴重失真，位移比也沒有意義。所以這類結構可以通過位移的“詳細輸出”或觀察結構的變形示意圖，來考察結構的扭轉效應。對于錯層結構或帶有夾層的結構，這類結構總是伴有大量的越層柱，當選擇“強制剛

11、性樓板假定”后，越層柱將受到樓層的約束，如果越層柱很多，計算失真?？傊?，結構位移特征的計算模型之合理性，應根據結構的實際出發(fā)，對復雜結構應采用多種手段。4 剪重比的控制A 控制意義：控制剪重比，是要求結構承擔足夠的地震作用，設計時不能小于規(guī)范的要求。剪重比與地震影響系數(shù)由內在聯(lián)系:=0.2maxB 規(guī)范條文抗震規(guī)范第5.2.5條明確要求了樓層剪重比C 計算方法及程序實現(xiàn)剪重比是反映地震作用大小的重要指標，它可以由“有效質量系數(shù)”來控制，當“有效質量系數(shù)”大于90%時，可以認為地震作用滿足規(guī)范要求，此時，再考察結構的剪重比是否合適，否則應修改結構布置、增加結構剛度，使計算的剪重比能自然滿足規(guī)范要

12、求?！坝行з|量系數(shù)”與“振型數(shù)”有關，如果“有效質量系數(shù)”不滿足90%，則可以通過增加振型數(shù)來滿足。有效質量系數(shù)概念來源：WILSON E.L. 教授曾經提出振型有效質量系數(shù)的概念用于判斷參與振型數(shù)足夠與否，并將其用于ETABS程序，他的方法是基于剛性樓板假定的，不適用于一般結構。方法發(fā)展：現(xiàn)在不少結構因其復雜性需要考慮樓板的彈性變形，因此需要一種更為一般的方法，不但能夠適用于剛性樓板，也應該能夠適用于彈性樓板。出于這個目的，我們從結構變形能的角度對此問題進行了研究，提出了一個通用方法來計算各地震方向的有效質量系數(shù)，這個新方法已經實現(xiàn)于TAT、SATWE和PMSAP。經驗：根據我們的計算經驗，

13、當有效質量系數(shù)大于0.8時，基底剪力誤差一般小于5%。在這個意義上我們稱有效質量系數(shù)大于0.8的情形為振型數(shù)足夠；否則稱振型數(shù)不夠。規(guī)范：高規(guī)5.1.13規(guī)定對B級高度高層建筑及復雜高層建筑有效質量系數(shù)不小于0.9程序自動計算該參數(shù)并輸出。剪重比的調整當剪重比不滿足規(guī)范要求時，程序將自動調整地震作用，已達到設計目標的要求。剪重比調整系數(shù)將直接乘在該層構件的地震內力上。地下室可以不受最小剪重比的控制。TAT可以人工控制結構的剪重比；而SATWE是按照規(guī)范值控制，不能人工控制。5 結構薄弱層的驗算和控制A 控制意義：避免薄弱層的輕易出現(xiàn),若不可避免要采取相應措施予以加強B 規(guī)范條文高規(guī)的4.4.2

14、、5.1.14條規(guī)定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側向剛度平均值的80%，或某樓層豎向抗側力構件不連續(xù)，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增大系數(shù)。規(guī)范規(guī)定：高規(guī)的4.4.3、5.1.14條規(guī)定，A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的受剪承載力不應小于其上一層受剪承載力的75%。抗震設計的高層建筑結構，結構樓層層間抗側力結構的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以1.15的增

15、大系數(shù)。C 計算方法及程序實現(xiàn)薄弱層方法之一：按層剛度比來判斷薄弱層方法之二：按樓層承載力比來判斷薄弱層方法之三：按樓層彈塑性層間位移角來判斷按層剛度比來判斷規(guī)范對結構的層剛度有明確的要求，在判斷樓層是否為薄弱層時，抗震規(guī)范和高規(guī)建議的計算層剛度的下列方法（地下室是否能作為嵌固端、轉換層剛度是否滿足要求等，都要求有層剛度作為依據）：方法1：高規(guī)附錄E.0.1建議的方法即剪切剛度：Ki = Gi Ai / hi方法2：高規(guī)附錄E.0.2建議的方法即剪彎剛度：Ki = Vi / i方法3：抗震規(guī)范的3.4.2和3.4.3條文說明及高規(guī)建議的方法即地震剪力位移比剛度：Ki = Vi / i由于層剛度

16、產生的薄弱層，可以通過調整結構布置、材料強度來改變。按樓層承載力比來判斷程序將薄弱層地震作用標準值乘以1.15的增大系數(shù)。選擇剪力位移比方法計算層剛度時，一般要采用“剛性樓板假定”的條件。對于有彈性板或板厚為零的工程，應計算兩次。在剛性樓板假定條件下計算層剛度并找出薄弱層。再在真實條件下計算，并且檢查原找出的薄弱層是否得到確認，完成其它計算。轉換層是樓層豎向抗側力構件不連續(xù)的薄弱層。不管該層程序判斷是否滿足剛度比要求，用戶都應強制該層為“薄弱層”。對于錯層、剛度削弱層，以及承載力比值不滿足規(guī)范的樓層，也應采用“強制薄弱層”來特別指定。由樓層承載力產生的薄弱層，只能通過調整配筋來解決。如提高“超

17、配系數(shù)”等。按樓層彈塑性層間位移角來判斷結構彈塑性變形驗算，指罕遇地震下結構層間位移不超過彈塑性層間位移角，屬變形能力極限狀態(tài)驗算。規(guī)范：罕遇地震影響系數(shù)最大值的取值，7度max為0.50或0.72；8度max為0.9或1.2；9度max 為 1.4。計算方法：簡化方法，適用于不超過12層，且層側向剛度無突變的框架結構；彈塑性靜力分析方法；彈塑性動力分析方法。6 結構穩(wěn)定性的驗算與控制A 控制意義：對結構穩(wěn)定性的控制,避免建筑在地震時發(fā)生傾覆.當高層、超高層建筑高寬比較大，水平風、地震作用較大，地基剛度較弱時，結構整體傾覆驗算很重要，它直接關系到結構安全度的控制。B 規(guī)范條文規(guī)范：高規(guī)5.4.

18、2條，高層建筑結構如果不滿足第5.4.1條（即結構剛重比）的規(guī)定時，應考慮重力二階效應對水平力（地震、風）作用下結構內力和位移的不利影響。規(guī)范：高規(guī)5.4.4條，規(guī)定了高層建筑結構的穩(wěn)定所應滿足的條件.高規(guī)5.4.1條，當高層建筑結構的穩(wěn)定應符合一定條件時，可以不考慮重力二階效應的不利影響。高規(guī)第12.1.6條，高寬比大于4的高層建筑，基礎底面不宜出現(xiàn)零應力區(qū)；高寬比不大于4的高層建筑，基礎底面與地基之間零應力區(qū)面積不應超過基礎底面面積的15%。計算時，質量偏心較大的裙樓與主樓可分開考慮。C 計算方法及程序實現(xiàn)重力二階效應即P-效應包含兩部分，（1）由構件撓曲引起的附加重力效應；（2）由水平荷

19、載產生側移，重力荷載由于側移引起的附加效應。一般只考慮第（2）種，第（1）種對結構影響很小。當結構側移越來越大時，重力產生的福角效應（ P-效應）將越來越大，從而降低構件性能直至最終失穩(wěn)。在考慮P-效應的同時，還應考慮其它相應荷載，并考慮組合分項系數(shù)，然后進行承載力設計。對于多層結構 P-效應影響很小。對于大多數(shù)高層結構， P-效應影響將在5%10%之間。對于超高層結構， P-效應影響將在10%以上。所以在分析超高層結構時，應該考慮 P-效應影響。(P-效應對高層建筑結構的影響規(guī)律:中間大兩端小)框架為剪切型變形，按每層的剛重比驗算結構的整體穩(wěn)定剪力墻為彎曲型變形，按整體的剛重比驗算結構的整體穩(wěn)定整體抗傾覆的控制?基礎底部零應力區(qū)控制D 注意事項結構的整體穩(wěn)定的調整當結構整體穩(wěn)定驗算符合高規(guī)5.4.4條，或通過考慮P-效應提高了結構的承載力后，對于不滿足整體穩(wěn)定的結構，必須調整結構布置，提高結構的整體剛度（只有高寬比很大的結構才有可能發(fā)生）。當整體穩(wěn)定不滿足要求時，必須調整結構方案，減少結構的