高層建筑中及7個控制參數(shù)

1、.高層設(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)計過程中控制的目標(biāo)參數(shù)主要有如下七個：1、軸壓比：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性，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。 2、剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性，見抗規(guī)5.2.5。 3、剛度比：主要為控制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。見抗規(guī)3.4.2。 5、周期比：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，要求見高規(guī) 6、剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(jié)構(gòu)各層之間的剛度比，并根據(jù)剛度比對地震力進(jìn)行放大。新規(guī)范對結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換層剛度是否滿足要求等等，都要求有層剛度作為依據(jù)，直觀的來說,層剛度比的概念用來體現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2。新高規(guī)的4.4.3條規(guī)定，抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相臨三層側(cè)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(jié)

3、構(gòu)計算中，當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)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(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，應(yīng)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(jié)構(gòu)，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，非抗震設(shè)計時不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2。 E.0.2底部為25層大空間的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層下部框加-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比e宜接近1，非抗震設(shè)計時不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計時不應(yīng)大于1.3。C 計算

4、方法及程序?qū)崿F(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(yīng)選擇第 3 種層剛度算法不計算地震作用，對于多層結(jié)構(gòu)可以選擇剪切層剛度算法，高層結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可以選擇剪彎層剛度算法D 注意事項: 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)按照“高規(guī)”要求計算轉(zhuǎn)換層上下幾層的層剛度比，一般取轉(zhuǎn)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(biāo)之一，對結(jié)構(gòu)的薄弱層，規(guī)范要求其地震剪力放大1.15，這里程序?qū)⒂捎脩糇孕锌刂啤．?dāng)

5、采用第3種層剛度的計算方式時，如果結(jié)構(gòu)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(yīng)選擇“強(qiáng)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(rèn)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(zhuǎn)周期與第一側(cè)振周期的比值周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對關(guān)系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)過大（相對于側(cè)移）的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。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(diào)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(diào)整往往收效甚微。一句話，周期比控制不是在要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實，而是在要求結(jié)

6、構(gòu)承載布局的合理性驗算周期比的目的，主要為控制結(jié)構(gòu)在罕遇大震下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。B 規(guī)范條文高層規(guī)程第4.3.5條，要求：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)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(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)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(biāo)可以適當(dāng)放松，但一般不大于1.0。C 計算方法及程序?qū)崿F(xiàn)程序計算出每個振型的側(cè)振成份和扭振成份，通過平動系數(shù)和扭轉(zhuǎn)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(yīng)的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側(cè)振振型對應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1（注意：在某些情況下，還

7、要結(jié)合主振型信息來進(jìn)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的周期比控制多塔結(jié)構(gòu)周期比：對于多塔樓結(jié)構(gòu)，不能直接按上面的方法驗算。如果上部沒有連接，應(yīng)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(jié)構(gòu)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(dāng)高層建筑樓層開洞口較復(fù)雜，或為錯層結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生局部振動，此時應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計算結(jié)構(gòu)的周期比。以過濾局部振動產(chǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同周

8、期比的概念一樣都是為了控制建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計算模型，并應(yīng)符合下列要求：1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時，應(yīng)計及扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)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(zhì)量偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)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(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)

9、雜高層建筑，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。C 計算方法及程序?qū)崿F(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(yīng)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(jù)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”?？刂莆灰票鹊挠嬎隳Ｐ停喊凑找?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(guān)鍵是“最小位移”，當(dāng)樓層中產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生“彈性節(jié)點”，應(yīng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”。規(guī)范要求：高規(guī)4.3.5條，應(yīng)在質(zhì)量偶然偏心的條件下，考察結(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的位移控制復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如坡屋頂層、體育館、看臺、工業(yè)建筑等，這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高，或者本層根本沒有樓板，此時如果采用“強(qiáng)制剛性樓板假定”，結(jié)構(gòu)分析嚴(yán)重失真，位移比也沒有意義。所以這類結(jié)構(gòu)可以通過位移的“詳細(xì)輸出”或觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖，來考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對于錯層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)總是伴有大量的越層柱，當(dāng)選擇“強(qiáng)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(jié)構(gòu)位移特征的計算模型之合理性，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際出發(fā)，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)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(jié)構(gòu)承擔(dān)足夠的地震作用，設(shè)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(nèi)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?qū)崿F(xiàn)剪重比是反映地震作用大小的重要指標(biāo)，它可以由“有效質(zhì)量系數(shù)”來控制，當(dāng)“有效質(zhì)量系數(shù)”大于90%時，可以認(rèn)為地震作用滿足規(guī)范要求，此時，再考察結(jié)構(gòu)的剪重比是否合適，否則應(yīng)修改結(jié)構(gòu)布置、增加結(jié)構(gòu)剛度，使計算的剪重比能自然滿足規(guī)范要

12、求?！坝行з|(zhì)量系數(shù)”與“振型數(shù)”有關(guān)，如果“有效質(zhì)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(zhì)量系數(shù)概念來源：WILSON E.L. 教授曾經(jīng)提出振型有效質(zhì)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(jié)構(gòu)。方法發(fā)展：現(xiàn)在不少結(jié)構(gòu)因其復(fù)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(yīng)該能夠適用于彈性樓板。出于這個目的，我們從結(jié)構(gòu)變形能的角度對此問題進(jìn)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(zhì)量系數(shù)，這個新方法已經(jīng)實現(xiàn)于TAT、SATWE和PMSAP。經(jīng)驗：根據(jù)我們的計算經(jīng)驗，

13、當(dāng)有效質(zhì)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(zhì)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(fù)雜高層建筑有效質(zhì)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(diào)整當(dāng)剪重比不滿足規(guī)范要求時，程序?qū)⒆詣诱{(diào)整地震作用，已達(dá)到設(shè)計目標(biāo)的要求。剪重比調(diào)整系數(shù)將直接乘在該層構(gòu)件的地震內(nèi)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(jié)構(gòu)的剪重比；而SATWE是按照規(guī)范值控制，不能人工控制。5 結(jié)構(gòu)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(yīng)措施予以加強(qiáng)B 規(guī)范條文高規(guī)的4.4.2

14、、5.1.14條規(guī)定，抗震設(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度小于其上一層的70%或小于其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%，或某樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，其薄弱層對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)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(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)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(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75%?？拐鹪O(shè)計的高層建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力小于其上一層的80%，其薄弱層對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增

15、大系數(shù)。C 計算方法及程序?qū)崿F(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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換層剛度是否滿足要求等，都要求有層剛度作為依據(jù)）：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(chǎn)生的薄弱層，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置、材料強(qiáng)度來改變。按樓層承載力比來判斷程序?qū)⒈∪鯇拥卣鹱饔脴?biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(rèn)，完成其它計算。轉(zhuǎn)換層是樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)采用“強(qiáng)制薄弱層”來特別指定。由樓層承載力產(chǎn)生的薄弱層，只能通過調(diào)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(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算，指罕遇地震下結(jié)構(gòu)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(cè)向剛度無突變的框架結(jié)構(gòu)；彈塑性靜力分析方法；彈塑性動力分析方法。6 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗算與控制A 控制意義：對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制,避免建筑在地震時發(fā)生傾覆.當(dāng)高層、超高層建筑高寬比較大，水平風(fēng)、地震作用較大，地基剛度較弱時，結(jié)構(gòu)整體傾覆驗算很重要，它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如果不滿足第5.4.1條（即結(jié)構(gòu)剛重比）的規(guī)定時，應(yīng)考慮重力二階效應(yīng)對水平力（地震、風(fēng)）作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定所應(yīng)滿足的條件.高規(guī)5.4.1條，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定應(yīng)符合一定條件時，可以不考慮重力二階效應(yīng)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(chǔ)底面不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)；高寬比不大于4的高層建筑，基礎(chǔ)底面與地基之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過基礎(chǔ)底面面積的15%。計算時，質(zhì)量偏心較大的裙樓與主樓可分開考慮。C 計算方法及程序?qū)崿F(xiàn)重力二階效應(yīng)即P-效應(yīng)包含兩部分，（1）由構(gòu)件撓曲引起的附加重力效應(yīng)；（2）由水平荷

19、載產(chǎn)生側(cè)移，重力荷載由于側(cè)移引起的附加效應(yīng)。一般只考慮第（2）種，第（1）種對結(jié)構(gòu)影響很小。當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移越來越大時，重力產(chǎn)生的福角效應(yīng)（ P-效應(yīng)）將越來越大，從而降低構(gòu)件性能直至最終失穩(wěn)。在考慮P-效應(yīng)的同時，還應(yīng)考慮其它相應(yīng)荷載，并考慮組合分項系數(shù)，然后進(jìn)行承載力設(shè)計。對于多層結(jié)構(gòu) P-效應(yīng)影響很小。對于大多數(shù)高層結(jié)構(gòu)， P-效應(yīng)影響將在5%10%之間。對于超高層結(jié)構(gòu)， P-效應(yīng)影響將在10%以上。所以在分析超高層結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該考慮 P-效應(yīng)影響。(P-效應(yīng)對高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定整體抗傾覆的控制?基礎(chǔ)底部零應(yīng)力區(qū)控制D 注意事項結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定的調(diào)整當(dāng)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗算符合高規(guī)5.4.4條，或通過考慮P-效應(yīng)提高了結(jié)構(gòu)的承載力后，對于不滿足整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，必須調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)的整體剛度（只有高寬比很大的結(jié)構(gòu)才有可能發(fā)生）。當(dāng)整體穩(wěn)定不滿足要求時，必須調(diào)整結(jié)構(gòu)方案，減少結(jié)構(gòu)的