七個比的控制定義、目標與意義

《高層層建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計》之一一———““七個個比比值值”的控控制制定定義義、、目目標標與與意意義義2“七個個比比值值”軸壓壓比比剪重重比比剛度度比比位移移比比周期期比比剛重重比比層間間受受剪剪承承載載力力比比總結(jié)結(jié)3一、、軸壓壓比比1.定義義：：重力力荷荷載載代代表表值值作作用用下下，，軸軸力力設(shè)設(shè)計計值值與與抗抗壓壓強強度度設(shè)設(shè)計計值值和和截截面面面面積積乘乘積積的的比比值值。。2.公式式：：式中中：：uc—柱軸軸壓壓比比；；N——柱考考慮慮地地震震作作用用組組合合的的軸軸壓壓力力設(shè)設(shè)計計值值；；fc—混凝凝土土軸軸心心抗抗壓壓強強度度設(shè)設(shè)計計值值；；A——柱的的全全截截面面面面積積。。4軸壓壓比比軸壓壓比比是是針針對對于于以以承承受受重力力荷荷載載為代代表表值值的的剪剪力力墻墻、、柱柱等等構(gòu)構(gòu)件件提提出出的的概概念念，，新新規(guī)規(guī)范范也也明明確確規(guī)規(guī)定定：：承承受受的的軸軸力力按按考慮慮地地震震作作用用組組合合的的軸軸壓壓力力設(shè)設(shè)計計。因此此軸軸壓壓比比是是影影響響墻墻、、柱柱的的破破壞壞形形態(tài)態(tài)和和延延性性的的主主要要因因素素之之一一。。為了了使使柱柱墻墻具具有有很很好好的的延延性性和和耗耗能能能能力力，，規(guī)規(guī)范范采采取取的的措措施施之之一一就就是是限限制制軸軸壓壓比比！！53.規(guī)范范條條文文的的控控制制目目標標軸壓壓比比①.《混凝凝土土規(guī)規(guī)》11.4.16條、《抗規(guī)規(guī)》6.3.7條同時時規(guī)規(guī)定定:框架架柱柱軸軸壓壓比比不不宜宜超超過過表表1中限限值值：：表1框架架柱柱軸軸壓壓比比限限值值6表2剪力力墻墻軸軸壓壓比比限限值值軸壓壓比比②.《混凝凝土土規(guī)規(guī)》11.7.13條、、《高規(guī)規(guī)》7.2.14條同時時規(guī)規(guī)定定:抗震震設(shè)設(shè)計計時時，，一一二二級級抗抗震震等等級級的的剪剪力力墻墻底底部部加加強強部部位位，，其其重重力力荷荷載載代代表表值值作作用用下下墻墻肢肢的的軸軸壓壓比比不不宜宜超超過過表表2中的的極極限限值值。。7③.上述述的的規(guī)規(guī)范范對對于于普普遍遍性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件件具具有有適適用用性性。。特特別別地地：：當當在在柱柱的的截截面面中中部部加加設(shè)設(shè)附附加加縱縱筋筋約約束束形形成成芯芯柱柱時時，，由由于于附附加加縱縱筋筋可可以以承承擔擔一一部部分分軸軸壓壓力力。。此此時時，，當當另另加加的的縱縱向向鋼鋼筋筋總總面面積積不不小小于于柱柱截截面面面面積積的的0.8%時，，軸軸壓壓比比限限值值可可以以增增加加0.05。形形式式如如下下：：圖1箍筋筋約約束束形形成成芯芯柱柱軸壓壓比比8普通通柱柱（（以以對對稱稱配配筋筋柱柱為為例例））：短柱柱4.控制制的的意意義義：軸壓壓比比隨著著uc↑，截截面面相相對對受受壓壓高高度度↑↑，，截截面面破破壞壞形形式式：大偏偏壓壓受受壓壓破破壞壞（（延延性性））→→小小偏偏壓壓受受壓壓破破壞壞（（脆脆性性））隨著著uc↑，剪剪切切受受壓壓破破壞壞→→剪剪切切受受拉拉破破壞壞總之之：：在抗抗震震設(shè)設(shè)計計中中，，必必須須對對柱柱和和剪剪力力墻墻的的軸軸壓壓比比進進行行限限制制，，以以保保證證其其有有足足夠夠的的延延性性，，歷歷次次地地震震也也予予以以了了證證明明：：這這是是一一種種相相當當行行之之有有效效的的方方法法。。9“七個個比比值值”軸壓壓比比剪重重比比剛度度比比位移移比比周期期比比剛重重比比層間間受受剪剪承承載載力力比比總結(jié)結(jié)10二、、剪剪重重比比1.定義：樓層最小地震震剪力與與上部結(jié)結(jié)構(gòu)總重重量的比比值。2.公式：VEki>λ∑Gj式中：：VEki—第i層對應(yīng)應(yīng)于水水平地地震作作用標標準值值的樓樓層剪剪力；；λ—剪力系系數(shù)（（可以以理解解為剪剪重比比）查查閱相相關(guān)規(guī)規(guī)定以以確定定；Gj—第j層的重重力荷荷載代代表值值。11剪重比比規(guī)范規(guī)規(guī)定剪重比比計算,主要是是因為為結(jié)構(gòu)構(gòu)在長長周期期自振振周期期作用用下,地震影影響系系數(shù)下下降較較快,對于基基本周周期大大于3.5S的結(jié)構(gòu)構(gòu),由此計計算出出來的的水平平地震震作用用下的的結(jié)構(gòu)構(gòu)效應(yīng)應(yīng)有可可能太太小。。而對于于長周周期結(jié)結(jié)構(gòu),地震動動態(tài)作作用下下的地地面運運動速速度和和位移移可能能對結(jié)結(jié)構(gòu)具具有更更大的的破壞壞作用用。水平地地震作作用底部剪剪力法法振型分分解反反應(yīng)譜譜法123.規(guī)范條條文的的控制制目標標剪重比比①.《抗規(guī)》5.2.5條、《高規(guī)》3.3.13條規(guī)定:抗震驗驗算時時,結(jié)構(gòu)任任一樓樓層的的水平平地震震剪力力應(yīng)符符合表表3要求：：表3樓層最最小地地震剪剪力系系數(shù)值值注：1.基本周周期介介于3.5s和5s之間的的結(jié)構(gòu)構(gòu)，可可插入入取值值；2.括號內(nèi)內(nèi)數(shù)值值分別別用于于設(shè)計計基本本地震震加速速度為為0.15g和0.30g的地區(qū)區(qū)。13剪重比比②.六度區(qū)區(qū)剪重重比要求放放寬，，可在0.7%~1%取。若剪重重比過過小,均為構(gòu)構(gòu)造配配筋,說明底底部剪剪力過過小，要對構(gòu)構(gòu)件截截面大大小、、周期期折減減等進進行檢檢查；若剪重重比過過大,說明底底部剪剪力很很大,也應(yīng)檢檢查結(jié)結(jié)構(gòu)模模型，參數(shù)設(shè)設(shè)置是是否正正確或或結(jié)構(gòu)構(gòu)布置置是否否太剛剛。即是按按剛度度分配配的““能者者多勞勞”原原則！?。。?！144.相關(guān)概概念區(qū)區(qū)分剪重比比抗風計計算不不存在在剪重重比，，風載載不同同于地地展作作用，，它是是直接接作用用在建建筑物物的，，而且且可較較準確確測定定(如風洞洞試驗驗)。倘若從從受力力機理理和截截面破破壞形形式來來看，，剪重比比與剪壓比比是同一概念，，它們都都是指水水平作作用與與豎向向作用用的比比值。剪重重比討討論的的是水水平剪剪力和和豎向向重力力荷載載的比比值，，如框框架柱柱的剪剪重比比；剪剪壓比比討論論的是是橫向向剪力力和軸軸向壓壓力的的比值值，如如框架架梁的的剪壓壓比。。15“七個比值”軸壓比剪重比剛度比位移比周期比剛重比層間受剪承承載力比總結(jié)16三、剛度比比1.定義：指結(jié)構(gòu)豎向向不同樓層層的側(cè)向剛剛度的比值值，也稱層間剛剛度比。2.公式：γ=Ki+1/Ki式中：γ—上、下層結(jié)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛剛度比；Ki+1—上層結(jié)構(gòu)側(cè)側(cè)向剛度；；Ki—下層結(jié)構(gòu)側(cè)側(cè)向剛度。。17按剪切剛度度計算：Ki=GiAi/hi按剪彎剛度度計算：Ki=Vi/Δi按地震剪力力與地震層層間位移的的比值計算算：Ki=Qi/Δui剛度比①.《抗規(guī)》與《高規(guī)》都提供有三種方方法計算層層剛度，即即：3.規(guī)范條文的的控制目標標18剛度比②.《抗規(guī)》附錄E2.1規(guī)定：筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換層上下下層的側(cè)向向剛度比不不宜大于2?！陡咭?guī)》4.4.2條規(guī)定：抗震設(shè)計的的高層建筑筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向向剛度不宜小于相臨上部樓樓層側(cè)向剛剛度的70%，或其上相臨臨三層側(cè)向向剛度平均均值的80%。19剛度比剛度比主要要為了控制制高層結(jié)構(gòu)構(gòu)的豎向規(guī)規(guī)則性，以以免豎向剛剛度突變，，形成薄弱弱層。地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)頂板能否作為嵌嵌固端，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度能否否滿足要求求，及薄弱層的判斷，均均以層剛度度比作為依依據(jù)。4.控制的意義義：例如地下室室頂板：《高規(guī)》5.3.7條規(guī)定:高層建筑結(jié)結(jié)構(gòu)計算中中,當?shù)叵率业牡捻敯遄鳛闉樯喜拷Y(jié)構(gòu)構(gòu)嵌固端時時,地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向向剛度不應(yīng)應(yīng)小于相鄰鄰上部結(jié)構(gòu)構(gòu)樓層側(cè)向向剛度的2倍。20圖片：框支支結(jié)構(gòu)上下下層剛度比比過大，形形成的薄弱弱層垮塌剛度比21剛度比圖片：框支支結(jié)構(gòu)上下下層剛度比比過大，形形成的薄弱弱層構(gòu)件發(fā)發(fā)生剪切破破壞22“七個比值”軸壓比剪重比剛度比位移比周期比剛重比層間受剪承承載力比總結(jié)23四、位移比比1.定義：位移比包含含兩項內(nèi)容容:①樓層豎向構(gòu)構(gòu)件的最大大水平位移移與平均水水平位移的的比值；②樓層豎向向構(gòu)件的最最大層間位位移與平均均層間位移移的比值。。2.公式：或或者24位移比3.規(guī)范條文的的控制目標標①.[抗規(guī)]3.4.2條規(guī)定:建筑及其抗抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)的平面布布置宜規(guī)則則、對稱,并應(yīng)具有良良好的整體體性;當存在結(jié)構(gòu)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不規(guī)則時時,樓層的最大大彈性水平平位移(或?qū)娱g位移移),不宜大于該樓層層兩端彈性性水平位移移(或?qū)娱g位移移)平均值的1.2倍。②.[高規(guī)]4.3.5條規(guī)定:樓層豎向構(gòu)構(gòu)件的最大大水平位移移和層間位位移,A、B級高度高層層建筑均不不宜大于該該樓層平均均值的1.2倍;且A級高度高層層建筑不應(yīng)大于該樓層層平均值的的1.5倍,B級高度高層層建筑、混混合結(jié)構(gòu)高高層建筑及及復(fù)雜高層層建筑,不應(yīng)大于該樓層層平均值的的1.4倍。25位移比計算位移比比僅考慮墻墻頂、柱頂頂?shù)蓉Q向構(gòu)構(gòu)件上節(jié)點點的最大位位移,不考慮其他他節(jié)點的位位移。高層層建筑層數(shù)數(shù)多、高度度大,為保證高層層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)具有必要要的剛度,應(yīng)對其位移移比加以控控制,主要目的有有以下幾點點:4.控制的意義義：(1)、保證主體結(jié)結(jié)構(gòu)基本處處于彈性受受力狀態(tài),避免混凝土土墻或柱出出現(xiàn)裂縫,同時將樓面面梁板的裂裂縫數(shù)量、、寬度和高高度控制在在規(guī)范允許許范圍之內(nèi)內(nèi)。26位移比(2)、保證填充充墻、隔墻墻和幕墻等等非結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的完好好,避免產(chǎn)生明明顯損壞。。(3)、限制結(jié)構(gòu)構(gòu)平面布置置的不規(guī)則則性,避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生較大的的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)。然而，實際際工程中，，扭轉(zhuǎn)是難難免的，結(jié)結(jié)構(gòu)不利影影響那是肯肯定存在的的，這不是是控制位移移比就能滿滿足的，所所以更準確確的說，控控制位移比比，是為了了避免產(chǎn)生生過大的偏偏心而導(dǎo)致致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生較大的扭扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。。27“七個比值”軸壓比剪重比剛度比位移比周期比剛重比層間受剪承承載力比總結(jié)28五、周期比比1.定義：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為為主的第一一自振周期期（第一扭扭振周期））Tt與平動為主主的第一自自振周期（第一側(cè)振振周期）T1之比。2.公式：Tt/T1式中：Tt—周期最長的的扭振振型型對應(yīng)的就就是第一扭扭振周期；；T1—周期最長的的側(cè)振振型型對應(yīng)的就就是第一側(cè)側(cè)振周期。。29周期比3.規(guī)范條文的的控制目標標周期比主要要控制結(jié)構(gòu)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)，減小扭扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)生的不不利影響，，使結(jié)構(gòu)的的抗扭剛度度不能太弱弱。因為當當兩者接近近時,由于振動藕藕連的影響響,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)效應(yīng)將明明顯增大。。①.《高規(guī)》4.3.5條規(guī)定：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為為主的第一一自振周期期Tt與平動為主主的第一自自振周期T1之比（即周周期比），，A級高度高層層建筑不應(yīng)應(yīng)大于0.9；B級高度高層層建筑、混混合結(jié)構(gòu)高高層建筑及及復(fù)雜高層層建筑不應(yīng)應(yīng)大于0.85。30周期比①-1.計算實例分分析（按etabs建模分析））結(jié)構(gòu)平面圖圖31周期比Etabs模型抗震體系A(chǔ)BCD結(jié)構(gòu)形式原結(jié)構(gòu)普通腋撐金屬阻尼腋撐粘滯阻尼腋撐32周期比結(jié)構(gòu)類型振型周期UXUYRZ振型描述Tt/T1原結(jié)構(gòu)11.243000.820Y向平動0.9221.19240.8200X向平動31.1470000.82扭轉(zhuǎn)普通腋撐11.053600.830Y向平動0.8121.02290.8300X向平動30.8564000.84扭轉(zhuǎn)金屬阻尼11.124500.830Y向平動0.8521.08620.8300X向平動30.9498000.83扭轉(zhuǎn)粘滯阻尼11.243200.820Y向平動0.9221.19250.8200X向平動31.1473000.82扭轉(zhuǎn)33周期比②.《高規(guī)》5.1.13條規(guī)定：高層建筑結(jié)結(jié)構(gòu)計算振振型數(shù)不應(yīng)應(yīng)小于9；抗震計算算時,宜考慮平扭扭藕連計算算結(jié)構(gòu)的扭扭轉(zhuǎn)效應(yīng),振型數(shù)不小小于15；對于多塔塔樓結(jié)構(gòu)的的振型數(shù)不不應(yīng)小于塔塔樓數(shù)的9倍,且計算振型型數(shù)應(yīng)使振振型參與質(zhì)質(zhì)量不小于于總質(zhì)量的的90%。34周期比4.控制的意義義：如同位移比比的控制一一樣，周期期比側(cè)重控控制的是側(cè)側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛度之間間的一種相相對關(guān)系，，而非其絕絕對大小，，它的目的的是使抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件的的平面布置置更有效、、更合理，，使結(jié)構(gòu)不不致于出現(xiàn)現(xiàn)過大（相相對于側(cè)移移）的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)效應(yīng)。周期比控制制不是在要要求結(jié)構(gòu)足足夠結(jié)實，，而是在要要求結(jié)構(gòu)承承載布局的的合理性。。周期比不滿滿足要求，，說明結(jié)構(gòu)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛剛度相對于于側(cè)移剛度度較小，總總的調(diào)整原原則是要加強結(jié)構(gòu)外外圈，或者者削弱內(nèi)筒筒。35“七個比值”軸壓比剪重比剛度比位移比周期比剛重比層間受剪承承載力比總結(jié)36六、剛重比比1.定義：結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與重力力荷載的比值。2.設(shè)計限值：：由于P-△效應(yīng)對于框框架結(jié)構(gòu)、、剪力墻結(jié)結(jié)構(gòu)、框架架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)以及筒體體構(gòu)的影響響程度不同同，各種結(jié)結(jié)構(gòu)體系有有不同設(shè)計計要求限值值。P-△效應(yīng)圖37剛重比該兩項為《髙規(guī)》中的強制性性條文?。。。。ā扼{規(guī)》5.4.4）38剛重比3.規(guī)范條文的的控制目標標對于剪切型型的框架結(jié)結(jié)構(gòu),當剛重比大大于10時,則結(jié)構(gòu)重力力二階效應(yīng)應(yīng)可控制在在20%以內(nèi),結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定已經(jīng)具有有一定的安安全儲備;當剛重比大大于20時,重力二階效效應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)的影響已已經(jīng)很小,故規(guī)范規(guī)定定此時可以以不考慮重重力二階效效應(yīng)；對于彎曲型、彎剪型的剪剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)、框剪結(jié)結(jié)構(gòu)、筒體體結(jié)構(gòu),剛重比大于于1.4時,結(jié)構(gòu)能夠保保持整體穩(wěn)穩(wěn)定;當剛重比大大于2.7時,重力二階效效應(yīng)導(dǎo)致的的內(nèi)力和位位移增量僅僅在5%左右,故規(guī)范規(guī)定定此時可以以不考慮重重力二階效效應(yīng)。39剛重比4.控制的意義義：研究表明：：高層建筑筑混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)僅在豎豎向重力作作用下產(chǎn)生生整體失穩(wěn)穩(wěn)的可能性性是很小。。高層建筑筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)穩(wěn)定設(shè)計主主要是控制制在風荷載載或水平地地震作用下下，重力荷荷載產(chǎn)生的的二階效應(yīng)應(yīng)(重力P—△效應(yīng))不致過大，，以致引起起結(jié)構(gòu)的失失穩(wěn)倒塌。。構(gòu)件的剛剛度和重力力荷載之比比(剛重比)是影響重力力P—△效應(yīng)的主要要參數(shù)。因此，在高高層建筑結(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定性設(shè)計中中，涉及到到剛重比的的兩項規(guī)定定是按強制制性條文執(zhí)執(zhí)行的。若剛重重比比不不滿滿足足規(guī)規(guī)范范要要求求,通常常應(yīng)應(yīng)調(diào)調(diào)整整結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的高高寬寬比比！40“七個個比比值值”軸壓壓比比剪重重比比剛度度比比位移移比比周期期比比剛重重比比層間間受受剪剪承承載載力力比比總結(jié)結(jié)41七、、層間間受受剪剪承承載載力力比比1.定義義：：指在在所所考考慮慮的的水水平平地地震震作作用用方方向向上上，，該該層層全全部部柱柱及及剪剪力力墻墻的的受受剪剪承承載載力力之之和和與其上上一一層層受剪剪承承載載力力之之比比。。2.公式式：：Vi/Vi+1式中中：：Vi—本層全全部部柱柱及及剪剪力力墻墻的的受受剪剪承承載載力力之之和和；Vi+1—上一一層層層全全部部柱柱及及剪剪力力墻墻的的受受剪剪承承載載力力之之和和。42層間間受受剪剪承承載載力力比3.規(guī)范范條條文文的的控控制制目目標標①.《高規(guī)規(guī)》4.4.3條規(guī)定定：A級高高度度高高層層建建筑筑的的樓樓層層層層間間抗抗側(cè)側(cè)力力結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受剪剪承承載載力力不不宜宜小小于于其其上上一一層層受受剪剪承承載載力力的的80%，不不應(yīng)應(yīng)小小于于其其上上一一層層受受剪剪承承載載力力的的65%；B級高高度度高高層層建建筑筑的的樓樓層層層層間間抗抗側(cè)側(cè)力力結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受剪剪承承載載力力不不應(yīng)應(yīng)小小于于其其上上一一層層受受剪剪承承載載力力的的75%。②.《高規(guī)規(guī)》5.1.14條規(guī)定定:對豎豎向向不不規(guī)規(guī)則則的的高高層層建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)………結(jié)構(gòu)構(gòu)樓樓層層層層間間抗抗側(cè)側(cè)力力結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的承承載載力力小小于于其其上上一一層層的的80%…………其薄薄弱弱層層對對應(yīng)應(yīng)與與地地震震作作用用標標準準值值的的地地震震剪剪力力應(yīng)應(yīng)乘乘以以1.15的增增大大系系數(shù)數(shù)。。434.控制制的的意意義義：層間間受受剪剪承承載載力力比比與與剛剛度度比比一一樣樣也也是是控控制制結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)豎豎向向不不規(guī)規(guī)則則性性和和判判斷斷薄薄弱弱層層的的重重要要指指標標。。層間間受受