高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制參數(shù)及調(diào)整方法(全)

高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制參數(shù)及調(diào)整方法高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點在于豎向承重構(gòu)件（柱、剪力墻等）的合理布置，設(shè)計過程中主要通過對一些目標參數(shù)的控制來達到這一目的。一、軸壓比：主要為限制結(jié)構(gòu)的軸壓比，保證結(jié)構(gòu)的延性要求，規(guī)范對墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求。見抗規(guī)6.3.7和6.4.6，高規(guī)6.4.2和7.2.14及相應(yīng)的條文說明。軸壓比不滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的延性要求無法保證；軸壓比過小，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差，宜適當減少相應(yīng)墻、柱的截面面積。軸壓比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強度。二、剪重比：主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長的結(jié)構(gòu)的安全。見中規(guī)5.2.5，高規(guī)3.3.13及相應(yīng)的條文說明。剪重比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的剛度相對于水平地震剪力過??；但剪重比過分大，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。減重比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：當剪重比偏小但與規(guī)范限值相差不大（如剪重比達到規(guī)范限值的80％以上）時，可按下列方法之一進行調(diào)整：1）在SATWE的“調(diào)整信息”中勾選“按抗震規(guī)范5.2.5調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”，SATWE按抗規(guī)5.2.5自動將樓層最小地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和，用以調(diào)整該樓層地震剪力，以滿足剪重比要求。2）在SATWE的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。3）在SATWE的“地震信息”中的“周期折減系數(shù)”中適當減小系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：當剪重比偏小且與規(guī)范限值相差較大時，宜調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。三、剛重比：規(guī)范上限主要用于確定重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)是否可以忽略不計。見高規(guī)5.4.1和5.4.2及相應(yīng)的條文說明。剛重比不滿足規(guī)范上限要求，說明重力二階效應(yīng)的影響較大，應(yīng)該予以考慮。規(guī)范下限主要是控制重力荷載在水平作用位移效應(yīng)引起的二階效應(yīng)不致過大，避免結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)倒塌。見高規(guī)5.4.4及相應(yīng)的條文說明。剛重比不滿足規(guī)范下限要求，說明結(jié)構(gòu)的剛度相對于重力荷載過小。但剛重比過分大，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。剛才不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：剛重比不滿足規(guī)范上限要求，在SATWE的“設(shè)計信息”中勾選“考慮P-Δ效應(yīng)”，程序自動計入重力二階效應(yīng)的影響。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：剛重比不滿足規(guī)范下限要求，只能通過調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。四、層間位移角：主要為限制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的水平位移，確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。見高規(guī)4.6.1、4.6.2和4.6.3及相應(yīng)的條文說明。層間位移角不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的上述要求無法得到滿足。但層間位移角過分小，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。層間位移角不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：只能通過調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。1）由于高層結(jié)構(gòu)在水平力的作用下將不可避免地發(fā)生扭轉(zhuǎn)，所以符合剛性樓板假定的高層結(jié)構(gòu)的最大層間位移往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的邊角部位，因此應(yīng)注意加強結(jié)構(gòu)外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形。同時在設(shè)計中，應(yīng)在構(gòu)造措施上對樓板的剛度予以保證。2）利用程序的節(jié)點搜索功能在SATWE的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中快速找到層間位移角超過規(guī)范限值的節(jié)點，加強該節(jié)點對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度。節(jié)點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。五、位移比（層間位移比）：主要為限制結(jié)構(gòu)平面布置得不規(guī)則性，以避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。見抗規(guī)3.4.2，高規(guī)4.3.5及相應(yīng)的條文說明。位移比（包括層間位移比，下同）不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的剛心偏離質(zhì)心的距離較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。位移比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：只能通過調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距；調(diào)整方法如下：1）由于位移比是在剛性樓板假定下計算的，結(jié)構(gòu)最大水平位移與層間位移往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的邊角部位；因此應(yīng)注意調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距。同時在設(shè)計中，應(yīng)在構(gòu)造措施上對樓板的剛度予以保證。2）對于位移不滿足規(guī)范要求的樓層，也可利用程序的節(jié)點搜索功能在SATWE的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中，快速找到位移最大的節(jié)點，加強該節(jié)點對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度。節(jié)點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。也可找出位移最小的節(jié)點削弱其剛度，直到位移比滿足要求為止。六、周期比：主要為限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱，使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。見高規(guī)4.3.5及相應(yīng)的條文說明。周期比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于側(cè)移剛度較小，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。周期比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：只能通過調(diào)整改變結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。由于結(jié)構(gòu)外圍的抗側(cè)力構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的抗扭剛度貢獻最大，所以總的調(diào)整原則是加強結(jié)構(gòu)外圍墻、柱或梁的剛度，或適當削弱結(jié)構(gòu)中間墻、柱的剛度。利用結(jié)構(gòu)剛度與周期的反比關(guān)系，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，加強需要減小周期方向（包括平動方向和扭轉(zhuǎn)方向）的剛度，削弱需要增大周期方向的剛度。當結(jié)構(gòu)的第一或第二振型為扭轉(zhuǎn)時，可按以下方法調(diào)整：1）SATWE程序中的振型是以其周期的長短排序的。2）結(jié)構(gòu)的第一、第二振型宜為平動，扭轉(zhuǎn)周期宜出現(xiàn)在第三振型及以后。見抗規(guī)3.5.3條3款及條文說明“結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性(周期和振型)宜相近”。3）當?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于其兩個主軸（第二振型轉(zhuǎn)角方向和第三振型轉(zhuǎn)角方向，一般都靠近X軸和Y軸）的抗側(cè)移剛度過小，此時宜沿兩主軸適當加強結(jié)構(gòu)外圍的剛度，并適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。4）當?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時，說明結(jié)構(gòu)沿兩個主軸方向的抗側(cè)移剛度相差較大，結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對其中一主軸（第一振型轉(zhuǎn)角方向）的抗側(cè)移剛度是合理的；但相對于另一主軸（第三振型轉(zhuǎn)角方向）的抗側(cè)移剛度則過小，此時宜適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿“第三振型轉(zhuǎn)角方向”的剛度，并適當加強結(jié)構(gòu)外圍（主要是沿第一振型轉(zhuǎn)角方向）的剛度。5）在進行上述調(diào)整的同時，應(yīng)注意使周期滿足規(guī)范的要求。6）當?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時，周期比肯定不滿足規(guī)范的要求；當?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時，周期比較難滿足規(guī)范的要求。七、剛度比：主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置得不規(guī)則性，避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變，形成薄弱層。見中規(guī)3.4.2，高規(guī)4.4.2及相應(yīng)的條文說明；對于形成的薄弱層則按高規(guī)5.1.14予以加強。剛度比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：如果某樓層剛度比的計算結(jié)果不滿足要求，SATWE自動將該樓層定義為薄弱層，并按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：如果還需人工干預(yù)，可按以下方法調(diào)整：1）適當降低本層層高，或適當提高上部相關(guān)樓層的層高。2）適當加強本層墻、柱和梁的剛度，或適當削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的剛度。八、層間受剪承載力比：主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置得不規(guī)則性，避免樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載能力沿豎向突變，形成薄弱層。見中規(guī)3.4.2，高規(guī)4.4.3及相應(yīng)的條文說明；對于形成的薄弱層應(yīng)按高規(guī)5.1.14予以加強。層間受剪承載力比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：在SATWE的“調(diào)整信息”中的“指定薄弱層個數(shù)”中填入該樓層層號，將該樓層強制定義為薄弱層，SATWE按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：如果還需人工干預(yù)，可適當提高本層構(gòu)件強度（如增大配筋、提高混凝土強度或加大截面）以提高本層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力，或適當降低上部相關(guān)樓層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力。幾個參數(shù)的調(diào)整涉及構(gòu)件截面、剛度及平面位置的改變，在調(diào)整過程中可能相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)注意不要顧此失彼。應(yīng)該注意，對于類似于框剪結(jié)構(gòu)的組合體系，有個彼此剛度適宜的問題。分析框架的剪切型變形曲線和剪力墻的彎曲型變形曲線，可以發(fā)現(xiàn)，在下部樓層，剪力墻的位移較小，框架的位移較大，是剪力墻拉著框架來限制其層間位移角；上部幾層則相反，剪力墻的層間位移角逐漸增大，框架的層間位移角逐漸減小，框架反過來拉著剪力墻以限制其層間位移角。而改變剪力墻的剛度與布置是控制框剪結(jié)構(gòu)的位移和周期的主要手段，所以當框剪結(jié)構(gòu)上部幾層的層間位移角較大時，適當削弱這幾層的剪力墻剛度應(yīng)該更為有效。如果結(jié)構(gòu)豎向較規(guī)則，第一次試算時可只建一個結(jié)構(gòu)標準層，待結(jié)構(gòu)的周期比、位移比、剪重比、剛重比等滿足之后再添加其它標準層；這樣可以減少建模過程中的重復(fù)修改，加快建模速度。未完成高層結(jié)構(gòu)整體控制參數(shù)的關(guān)聯(lián)性及剛度控制結(jié)構(gòu)整體控制是高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，各控制參數(shù)與結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的剛度都有著直接的或間接的關(guān)系，因此也就不可避免地相互關(guān)聯(lián)。認識各控制參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，有助于提高結(jié)構(gòu)整體控制的效率，也有助于使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加經(jīng)濟合理。本文就此拋磚引玉，和大家共同探討這一課題。結(jié)構(gòu)整體控制的過程，也就是對結(jié)構(gòu)的剛度控制、調(diào)整的過程?？刂茀?shù)中，位移比和周期比不僅與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)，也與結(jié)構(gòu)剛度的分布狀況有關(guān)。這兩個參數(shù)反映了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，是結(jié)構(gòu)整體控制的難點，也是結(jié)構(gòu)整體控制的入手之處。位移比&周期比：由于位移比是在“全樓剛性樓板”的假定下計算的，這時的每層樓板在樓層平面內(nèi)被假定為剛度無限大。因為位移比的計算要考慮偶然偏心，這樣在水平地震力的作用下，即使是規(guī)則對稱的結(jié)構(gòu)也不可能是純粹的平動，其最大水平位移與層間位移一定是發(fā)生在樓層邊角部位的某處。所以一般情況下位移比是由結(jié)構(gòu)邊角部位的水平位移與層間位移決定的。因此調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件的剛度是控制位移比的最為有效的方法。周期比的控制在于結(jié)構(gòu)具備足夠的抗扭轉(zhuǎn)剛度，而結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度貢獻最大。因此調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件剛度以控制位移比時，必然對周期比產(chǎn)生較大影響?？紤]到對周期比的影響，調(diào)整位移比時，特別是當周期比接近規(guī)范限值時，應(yīng)注意不要削弱結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件的剛度。同樣，對周期比的調(diào)整也可能影響位移比。特別是當某主軸方向的位移比接近規(guī)范限值時，此時對抗側(cè)力構(gòu)件剛度的調(diào)整應(yīng)以結(jié)構(gòu)的質(zhì)心為中心盡量對稱。周期比&剪重比：分析反應(yīng)譜曲線（地震影響系數(shù)曲線）可以發(fā)現(xiàn)，當結(jié)構(gòu)的自振周期超過特征周期后，地震影響系數(shù)呈減小趨勢，并且在自振周期較小的情況下，減小的較快。也就是說，結(jié)構(gòu)的周期越大，地震的作用越?。唤Y(jié)構(gòu)的周期越小，地震的作用越大。利用這個規(guī)律，當結(jié)構(gòu)某主軸方向的剪重比不滿足規(guī)范要求時，可通過加強該主軸方向的剛度來減小結(jié)構(gòu)的自振周期，以增大結(jié)構(gòu)的地震作用，進而增大剪重比。還可以根據(jù)反應(yīng)譜曲線將結(jié)構(gòu)的自振周期控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，以獲得更大的地震作用或減小地震作用。同樣，在調(diào)整周期比時，也應(yīng)根據(jù)剪重比的大小區(qū)別對待，當某主軸方向的剪重比小于或接近規(guī)范限值時，宜加強該主軸方向結(jié)構(gòu)外圍抗側(cè)力構(gòu)件的剛度；當某主軸方向的剪重比大于規(guī)范限值較多時，宜削弱該主軸方向結(jié)構(gòu)內(nèi)部抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，以取得較好的經(jīng)濟技術(shù)指標。位移比&剪重比：如前面所述，位移比的調(diào)整將影響到結(jié)構(gòu)的自振周期，進而對結(jié)構(gòu)的地震作用產(chǎn)生影響，使結(jié)構(gòu)的剪重比發(fā)生變化。因此調(diào)整位移比時應(yīng)根據(jù)剪重比的大小區(qū)別對待，當某主軸方向的剪重比小于或接近規(guī)范限值時，宜在結(jié)構(gòu)剛心相對于質(zhì)心偏心的一側(cè)加強抗側(cè)力構(gòu)件的剛度；當某主軸方向剪重比大于規(guī)范限值較多時，宜在結(jié)構(gòu)剛心相對于質(zhì)心偏心的另一側(cè)削弱抗側(cè)力構(gòu)件的剛度。同樣，對剪重比的調(diào)整也可能影響位移比。特別是當某主軸方向的位移比接近規(guī)范限值時，此時對該主軸方向抗側(cè)力構(gòu)件剛度的調(diào)整應(yīng)以結(jié)構(gòu)的質(zhì)心為中心盡量對稱。位移比&剛重比：分析剛重比的定義可以發(fā)現(xiàn)，剛重比與結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度成正比關(guān)系。即在結(jié)構(gòu)的質(zhì)量基本保持不變的情況下，結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度越大，剛重比越大；結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度越小，剛重比越小。如前面所述，位移比的調(diào)整將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度的變化，從而影響到剛重比。因此調(diào)整位移比時應(yīng)根據(jù)剛重比的大小區(qū)別對待，當某主軸方向的剛重比小于或接近規(guī)范限值時，宜在結(jié)構(gòu)剛心相對于質(zhì)心偏心的一側(cè)加強抗側(cè)力構(gòu)件的剛度；當某主軸方向剛重比大于規(guī)范限值較多時，宜在結(jié)構(gòu)剛心相對于質(zhì)心偏心的另一側(cè)削弱抗側(cè)力構(gòu)件的剛度。同樣，對剛重比的調(diào)整也可能影響位移比。特別是當某主軸方向的位移比接近規(guī)范限值時，此時對該主軸方向抗側(cè)力構(gòu)件剛度的調(diào)整應(yīng)以結(jié)構(gòu)的質(zhì)心為中心盡量對稱。周期比&剛重比：如前面所述，剛重比與結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度成正比關(guān)系；周期比的調(diào)整將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度的變化，從而影響到剛重比。因此調(diào)整周期比時應(yīng)根據(jù)剛重比的大小區(qū)別對待，當某主軸方向的剛重