多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制參數(shù)分析

1、多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制參數(shù)分析【摘要】目前，我國多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于相關(guān)控制參數(shù)的分析和計(jì) 算結(jié)果的判斷。深入理解多層框架結(jié)構(gòu)整體控制各參數(shù)的實(shí)質(zhì)含義，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(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理?！娟P(guān)鍵詞】多層框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；控制參數(shù)多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制參數(shù)分析如下：剪重比剪重比是指水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力與重力荷載代表值的比值。主要 為了控制各樓層最小地震水平剪力，用以確保較長周期結(jié)構(gòu)的安全。規(guī)定剪重比 主要是為了多層框架結(jié)構(gòu)樓層在長期作用下，地震影響系數(shù)下降較快，尤其對(duì)于 基本周期大于3. 5s的結(jié)構(gòu)，以及存在薄弱層的結(jié)構(gòu)，由此計(jì)算得出的水平地震 作

2、用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太小。而對(duì)于長周期結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)態(tài)作用中的地面運(yùn)動(dòng) 速度和位移則可能具有對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞影響力但是規(guī)范采用的振型分解反應(yīng)譜法 尚無法對(duì)此作出估量。因此，基于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震力的最 小值和不同烈度下的剪力系數(shù)，見高規(guī)10版高規(guī)4.3.12。要求結(jié)構(gòu)承擔(dān)足夠的 地震作用，設(shè)計(jì)時(shí)不能小于規(guī)范的要求。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(shí)，可以認(rèn)為地震作用滿足規(guī)定要求。此時(shí)，再考察 結(jié)構(gòu)的剪重比是否合適，如不合適則需要修改結(jié)構(gòu)布置、增加結(jié)構(gòu)剛度，使計(jì)算 的剪重比能達(dá)到自然滿足規(guī)范要求。有效質(zhì)量系數(shù)與振型個(gè)數(shù)有關(guān)

3、，如果有效質(zhì) 量系數(shù)不滿足90%，則需要通過增加振型數(shù)來滿足。剪重比即要求各樓層都要承 擔(dān)足夠的地震作用，設(shè)計(jì)時(shí)不能小于規(guī)范的要求，并且明確指出，剪重比是一個(gè) 調(diào)整系數(shù)，即這不是一個(gè)指標(biāo)，計(jì)算結(jié)果出來后，若剪重比大于規(guī)定的最小值， 計(jì)算結(jié)果不作調(diào)整，若小于，應(yīng)將地震剪力調(diào)大，使剪重比達(dá)到規(guī)定的最小值。軸壓比軸壓比是指考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積和混凝土軸 心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值N/（fcA）；對(duì)于剪力墻，軸壓比是指重力荷載代 表值作用下墻肢的軸向壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì) 值乘積的比值。多層框架結(jié)構(gòu)的柱截面是由柱軸壓比要求確定，主要為控制結(jié)構(gòu)的延性，防

4、 止結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈的地震作用下柱發(fā)生脆性破壞。試驗(yàn)證明，混凝土強(qiáng)度等級(jí)，箍筋 配置的形式與數(shù)量，均與柱的軸壓比有密切的關(guān)系，因此，規(guī)范針對(duì)情況的不同， 對(duì)柱的軸壓比限值作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，規(guī)范對(duì)墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求。軸壓比 越大，結(jié)構(gòu)的延性無法保證；軸壓比過小，則表明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較差，墻、柱的截面宜優(yōu)化。因此，軸壓比是影響多層框架結(jié)構(gòu)墻柱抗震性能的主要因素之層間受剪承載力比層間受剪承載力比，控制豎向不規(guī)則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形 成薄弱層，見10抗規(guī)3.4.2， 10版高規(guī)3.5.3；對(duì)于形成的薄弱層應(yīng)按10版高 規(guī)3.5.8予以加強(qiáng)。不滿足時(shí)的調(diào)整方法，可以適當(dāng)提高本層構(gòu)件強(qiáng)度，

5、為提高 本層墻柱等抗側(cè)力構(gòu)件的承載力，或者可以適當(dāng)降低上部相關(guān)樓層墻柱等抗側(cè)力 構(gòu)件的承載力。位移比位移比即樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與平均水平位移的比值。層間位移比 即樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移角與平均層間位移角的比值。最大水平位移：墻 頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大水平位移。平均水平位移：墻頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大水平位移 與最小水平位移之和除2。層間位移角：墻、柱層間位移與層高的比值。最大層 間位移角：墻、柱層間位移角的最大值。平均層間位移角：墻、柱層間位移角的 最大值與最小值之和除2。高層建筑層數(shù)多，高度大，為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)具 有必要的剛度，應(yīng)對(duì)其最大位移和層間位移加以控制，主要目的有以下幾點(diǎn)： 保

6、證主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性受力狀態(tài)，避免混凝土墻柱出現(xiàn)裂縫，控制樓面梁板 的裂縫數(shù)量，寬度。保證填充墻，隔墻，幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好，避免產(chǎn)生 明顯的損壞。控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，見10抗規(guī)3.4.2, 10版高 規(guī)3.4.5和3.7.3。規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定做出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中 設(shè)定了彈性板，則必須在設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對(duì)所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假 定”，以求算出正確的位移比。在位移比滿足要求后，再去掉，對(duì)所有樓層強(qiáng)制采 用剛性樓板假定”的選擇，以彈性板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。此外，位移比的大 小是判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否規(guī)則的重要依據(jù)，對(duì)于選擇偶然偏心，單向地震，雙向地 震下的位

7、移比，設(shè)計(jì)人員需要正確選用。周期比周期比是指多層框架結(jié)構(gòu)體振動(dòng)的周期比值。主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使 其結(jié)構(gòu)不致出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)，抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更具有效、更加合理。周期 比的作用是使結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，不至于因扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞， 可以通過調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置來實(shí)現(xiàn)。減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響， 周期比如不滿足要求，則說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于側(cè)移剛度較小，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效 應(yīng)過大。周期比對(duì)于多層建筑無要求，但基本自振周期不能以扭轉(zhuǎn)為主。如果周 期比不滿足規(guī)范要求，就只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種程度一般 為整體性的改變，局部的小調(diào)整往往效果欠佳。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)

8、周邊 構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以便增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。為了限 制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制使得側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間為一種相對(duì)關(guān)系，最終能夠 使得結(jié)構(gòu)的平面布置更合理，以減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件通常需要設(shè)計(jì)人員依據(jù)計(jì)算書中的周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn) 周期，周期比計(jì)算就是將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動(dòng)周期值。剛重比剛重比是指結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計(jì)值的相對(duì)平均比值。主要為控制結(jié) 構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)在風(fēng)載或地震力的作用下整體失穩(wěn)。也是影響重力二階效 的主要參數(shù)。見10版高規(guī)5.4.1和5.4.4。剛重比不滿足要求，說明結(jié)構(gòu)的剛度 相對(duì)于重力荷載過小；但剛重比過分大，則說明

9、結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較差，需要 適當(dāng)減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積，加強(qiáng)墻柱等豎向構(gòu)件的剛度。否則可能 引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，需要引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。剛度比剛度比是指建筑結(jié)構(gòu)各層間的剛度比值。主要為了控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重 要指標(biāo)，以防止豎向剛度突變，形成薄弱層。對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)頂板能否作為嵌固 端，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)剛度能否滿足要求，及薄弱層的判斷，均以層剛度比作為 依據(jù)。抗規(guī)與高規(guī)提供有三種方法計(jì)算層剛度，即剪切剛度(Ki=GiAi/hi)、 剪彎剛度(Ki=Vi/Ai).地震剪力與地震層間位移的比值(Ki=Qi/Aui)o見10抗 規(guī)3.4.2,10版高規(guī)3.5.2與5.3.7與10.2.3；

10、對(duì)于形成的薄弱層則按10版高規(guī)3.5.8 予以加強(qiáng)。對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)可以選擇剪切剛度算法，有斜支撐的鋼結(jié)構(gòu)可以選 擇剪彎剛度算法。剪切剛度，不能考慮其有斜向支撐，也不能考慮剪力墻洞口對(duì) 層剛度的影響。剪彎剛度，適用于各種情況。地震層剪力與層平均位移的比值， 平面洞口較多時(shí)，也會(huì)增加層平均位移的計(jì)算誤差，即使沒有定義彈性樓板，為 了確保樓層內(nèi)節(jié)點(diǎn)同步，規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層剛度比和位移比的控制一樣，也要求在剛 性樓板假定條件下計(jì)算，此時(shí)也應(yīng)當(dāng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計(jì)算層剛度比。剛度比主要為控制結(jié)構(gòu)整體豎向規(guī)則性。多層框架結(jié)構(gòu)中，由于梁柱截面變 化、混凝土標(biāo)號(hào)的變化、板的開孔、躍層、退臺(tái)等原因，容易造成豎向的各層之 間的剛度突變，從而形成薄弱層。在地震作用下，如果薄弱層的側(cè)向剛度和承載 力不足，更加較容易造成破壞。建筑的立面和豎向剖面宜規(guī)則，側(cè)向剛度應(yīng)均勻 變化，盡量避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變，樓層側(cè)向剛度不應(yīng)當(dāng)小于 相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%