黃靜

（成都軌道交通有限公司，四川 成都 610031）

1、引言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)階段我國主要的建筑形式，建筑類型與功能也愈來愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式也更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在電算中的主要重點(diǎn)和難點(diǎn)在于各控制參數(shù)的調(diào)整，要使其滿足規(guī)范要求。豎向承重構(gòu)件合理的布置是構(gòu)建良好抗震性能的基礎(chǔ)，其布置應(yīng)遵循“對稱、均勻、周邊、連續(xù)”的原則。

2、控制參數(shù)的試算調(diào)整

高層設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于豎向承重構(gòu)件(柱、剪力墻等)的合理布置和界面試算選定，高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中控制的目標(biāo)參數(shù)主要?dú)w納為如下七個(gè)：

2.1 軸壓比

2.1.1 軸壓比概念的含義

軸壓比的定義是指墻柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與墻柱的全截面面積和混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值，主要為控制結(jié)構(gòu)的延性。

u=N／A·fc

式中：u一軸壓比；

N一柱軸力設(shè)計(jì)值：

A一墻柱截面面積：

fc一砼抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.1.2 規(guī)范對豎向承重構(gòu)件軸壓比的要求

規(guī)范對軸壓比均有相應(yīng)限值要求，見《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)》(以下簡稱《抗規(guī)》)第6.3.6條和第6.4.5條，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 (JGJ3—2002)》(以下簡稱《高規(guī)》)第6.4.2條和第7.2.14條。

2.1.3 軸壓比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法

可以增大該墻、柱截面；提高該樓層墻、柱混凝土強(qiáng)度；框剪結(jié)構(gòu)可改變墻布置的位置或數(shù)量。

2.2 剪重比

2.2.1 剪重比概念的含義

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，剪重比是抗震設(shè)計(jì)中非常重要的參數(shù)。規(guī)范之所以規(guī)定剪重比，主要是因?yàn)樵陂L周期作用下，地震影響系數(shù)下降快，由此計(jì)算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)有可能太小。而對于長周期結(jié)構(gòu)，地震動態(tài)作用下的地面加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，所以當(dāng)剪重比不滿足要求時(shí)，說明該結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)比較明顯的薄弱部位，須慎重對待。

2.2.2 規(guī)范對剪重比的要求：

規(guī)范對剪重比相應(yīng)限值要求見《抗規(guī)》第5.2.5條，《高規(guī)》第3.3.13條。

2.2.3 剪重比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法：

剪重比不滿足要求時(shí).首先要檢查有效質(zhì)量系數(shù)是否達(dá)到90%。若達(dá)不到則應(yīng)增加計(jì)算振型數(shù)，但振型數(shù)不能超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍；當(dāng)有效質(zhì)量系數(shù)達(dá)到90%，但剪重比仍不滿足時(shí)，說明結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量可能分布不合理，應(yīng)對結(jié)構(gòu)方案的合理性進(jìn)行判斷，并調(diào)整方案。

調(diào)整可以選擇由程序自動進(jìn)行調(diào)整，在剪重比小于規(guī)范要求的樓層，程序?qū)⒎糯笤搶拥牡卣鹱饔眯?yīng)，以使其滿足最小剪力系數(shù)要求。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”后，SATWE按《抗規(guī)》第5.2.5條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?；蛘咴诘卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角滿足要求時(shí)，可在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。但是通過程序自動調(diào)整后剪重比雖然滿足了規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的方案可能任然是存在問題的，并不是最合理的。

不通過程序調(diào)整，而是調(diào)整結(jié)構(gòu)方案時(shí)，可采取以下兩種方法：

當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又偏大時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過柔，宜適當(dāng)加大墻、柱截面及增加墻、柱數(shù)量，提高剛度。

另外，當(dāng)?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側(cè)移角又偏小時(shí)，說明結(jié)構(gòu)過剛，宜適當(dāng)減小墻、柱截面及減少墻、柱數(shù)量，降低剛度以取得合適的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

特別說明，地下室可以不受最小剪重比的控制。

2.3 層間剛度比

2.3.1 剛度比概念的含義

結(jié)構(gòu)各層之間的剛度之比，有以下3種情況：

（1）地震剪力和地震層間位移的比值；

（2）剪切剛度：主要用于限制一層轉(zhuǎn)換部位的剛度比和地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下室剛度所應(yīng)滿足的條件；

（3）剪彎剛度：主要用于保證高位轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換層部位一定范圍內(nèi)保證結(jié)構(gòu)剛度的連續(xù)性。

2.3.2 規(guī)范對剛度比的要求：

（1）地震剪力和地震層間位移的比值：根據(jù)《抗規(guī)》第3.4.3條表3.4.3.2及《高規(guī)》第4.4.2條規(guī)定：其樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%。不滿足此要求的樓層為軟弱層。

（2）剪切剛度：《高規(guī)》第E.0.1條規(guī)定的底部大空間為一層時(shí)的轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比和《抗規(guī)》第6.1.14條規(guī)定的地下室與上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比。

（3）剪彎剛度：《高規(guī)》第E.0.2條規(guī)定的底部大空間大于一層時(shí)的轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比。

2.3.3 剛度比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法：

（1）地震剪力和地震層間位移的比值不滿足時(shí)：當(dāng)樓層剛度比的計(jì)算結(jié)果不滿足要求時(shí)，如果建筑方案不能調(diào)整只能采取由程序來調(diào)整的方法，SATWE會自動將不滿足剛重比的樓層定義為薄弱層，并按《抗規(guī)》第3.4.4.2條和《高規(guī)》第5.1.14條將該樓層地震剪力放大1.15倍。

不通過程序調(diào)整，而是調(diào)整建筑和結(jié)構(gòu)方案時(shí)，可采取以下兩種方法：

（a）當(dāng)建筑方案可以調(diào)整時(shí)，也可以適當(dāng)降低軟弱層的層高，從而使該層的墻、柱的線剛度得以增加。

（b）可以加大軟弱層及其以下樓層的墻、柱截面；提高該層墻、柱混凝土強(qiáng)度，從而使軟弱層的豎向構(gòu)件線剛度高于以上樓層。

（c）框剪結(jié)構(gòu)時(shí)還可以在軟弱層及其以下樓層增加墻布置的數(shù)量，而在以上樓層有意識的減少墻的數(shù)量。

（2）剪切剛度和剪彎剛度不滿足時(shí)：對于轉(zhuǎn)換層只能加大其以下樓層的墻、柱截面；提高該層墻、柱混凝土強(qiáng)度，或者增加轉(zhuǎn)換層以下樓層混凝土墻的數(shù)量。

2.4 位移比

2.4.1 位移比概念的含義

基于“剛性樓板假定”，考慮質(zhì)量偶然偏心的條件下，樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的比值。主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(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)。

2.4.2 規(guī)范對位移比的要求：

規(guī)范對位移比相應(yīng)限值要求見《抗規(guī)》第3.4.2 條表 3.4.2—1，《高規(guī)》第 4.3.5 條。

2.4.3 位移比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法

（1）可以通過改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與形心的偏心距；

（2）利用程序的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)，加強(qiáng)該節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度，或者找出位移最小的節(jié)點(diǎn)削弱其剛度，直到位移比滿足要求。

（3）和周期比的調(diào)整結(jié)合在一起，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍剛度。也可以有針對性的加高和最大位移節(jié)點(diǎn)相關(guān)處的梁高，以限制其位移。

2.5 周期比

2.5.1 周期比概念的含義：

結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期 T1的比值。根據(jù)各振型的平動系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)的值，區(qū)分出各振型是扭轉(zhuǎn)振型還是平動振型。當(dāng)平動系數(shù)大于0.5時(shí)，該周期是平動周期，當(dāng)扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5時(shí)，該周期是扭轉(zhuǎn)周期。通常周期最長的扭轉(zhuǎn)振型對應(yīng)的就是第一扭轉(zhuǎn)周期Tt。周期最長的平動振型對應(yīng)的就是第一平動周期T1。

2.5.2 規(guī)范對周期比的要求

規(guī)范要求結(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?！陡咭?guī)》第4.3.5條規(guī)定：A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑及本規(guī)程第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

2.5.3 周期比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法

周期比不滿足要求說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原則是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍墻、柱或梁的剛度，調(diào)整墻的布置，使其盡量對稱、均勻，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)中間墻、柱的剛度?？梢跃唧w采取以下兩種方法：

（1）當(dāng)?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時(shí)，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于其兩個(gè)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)方向的側(cè)移剛度過小，此時(shí)宜沿兩主軸適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍的剛度，并適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。

（2）當(dāng)?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時(shí)，說明結(jié)構(gòu)沿兩個(gè)主軸方向的側(cè)移剛度相差較大，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對其中一主軸 (第一振型轉(zhuǎn)角方向)的側(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)的側(cè)移剛度則過小，此時(shí)宜適當(dāng)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(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍(主要是沿第一振型轉(zhuǎn)角方向)的剛度。

（3）當(dāng)結(jié)構(gòu)有深開口時(shí)，可在深開口處增設(shè)拉梁，使結(jié)構(gòu)的整體性有所提高，改善其抗扭轉(zhuǎn)性能。

2.6 剛重比

2.6.1 剛重比概念的含義

樓層彈性等效側(cè)向剛度與樓層重力荷載設(shè)計(jì)值相對比值，計(jì)算公式見《高規(guī)》第5.4.1條。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)。

2.6.2 規(guī)范對剛重比的要求：

規(guī)范對剛重比相應(yīng)限值要求見《高規(guī)》第5.4.1 條和第 5.4.4 條。剛重比不滿足要求，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(jì)技術(shù)指標(biāo)較差，宜適當(dāng)減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。

2.6.3 剛重比不滿足時(shí)試算調(diào)整方法

（1）調(diào)整結(jié)構(gòu)平面豎向構(gòu)件的布置。

（2）增加墻、柱數(shù)量及加大墻柱、截面，從而提高墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。

2.7 層間受剪承載力比值

2.7.1 層間受剪承載力比值的含義：

樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和?？刂曝Q向不規(guī)則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形成薄弱層?！陡咭?guī)》的此項(xiàng)要求，實(shí)際上體現(xiàn)的是“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)思想，即構(gòu)件應(yīng)首先彎曲屈服、破壞，而不能剪切破壞。因?yàn)榧羟衅茐膶儆诖嘈云茐?，在設(shè)計(jì)中是需要避免的。

2.7.2 規(guī)范對層間受剪承載力比的要求

規(guī)范對層間受剪承載力相應(yīng)限值要求見《抗規(guī)》第3.4.3條表3.4.3—2，《高規(guī)》第4.4.3條；對于形成的薄弱層應(yīng)按《高規(guī)》第5.1.14條予以加強(qiáng)。

2.7.3 層間受剪承載力比值不滿足時(shí)試算調(diào)整方法

（1）在SATWE的“調(diào)整信息”中的“指定薄弱層個(gè)數(shù)”中填入該樓層層號，將該樓層強(qiáng)制定義為薄弱層，SATWE按《高規(guī)》第5.1.14條將該樓層地震剪力放大1.15倍。

（2）適當(dāng)提高該樓層構(gòu)件強(qiáng)度(如增大配筋、提高混凝土強(qiáng)度或加大截面)以提高本層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的承載力，或適當(dāng)降低上部相關(guān)樓層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的承載力。

3 結(jié)語

鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要多次反復(fù)調(diào)整結(jié)構(gòu)方案和截面大小，使各控制參數(shù)滿足規(guī)范要求又經(jīng)濟(jì)合理。

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010).

[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002).