讨论诸如轴压比、剪重比、刚重比、周期比等几个问题

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高层结构设计中经常要控制轴压比、剪重比、刚度比、周期比、位移比和刚重比"六种比值", -

1、轴压比:主要为控制结构的延性,规对墙肢和柱均有相应限值要求-

2、剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性-

3、刚度比:主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层 -

4、位移比:主要为控制结构平面规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响。 -

5、周期比:主要为控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响-

6、刚重比:主要为控制结构的稳定性,以免结构产生滑移和倾覆-

位移比(层间位移比):-

1.1 名词释义:-

(1)位移比:即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。-

(2) 层间位移比:即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。-

其中:-

最大水平位移:墙顶、柱顶节点的最大水平位移。-

平均水平位移:墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和除2。-

层间位移角:墙、柱层间位移与层高的比值。-

最大层间位移角:墙、柱层间位移角的最大值。-

平均层间位移角:墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。-

1.3 控制目的: -

高层建筑层数多,高度大,为了保证高层建筑结构具有必要的刚度,应对其最大位移和层间位移加以控制,主要目的有以下几点:-

1 保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数

量,宽度。-

2 保证填充墙,隔墙,幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显的损坏。-

3.控制结构平面规则性,以免形成扭转,对结构产生不利影响。-

1.2 相关规条文的控制:-

[抗规]3.4.2条规定,建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则,对称,并应具有良好的整体性,当存在结构平面扭转不规则时,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),不宜大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍。-

[高规]4.3.5条规定,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍;且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍,B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑,不应大于该楼层平均值的1.4倍。-

[高规]4.6.3条规定,高度不大于150m的高层建筑,其楼层层间最大位移与层间之比(即最大层间位移角)Δu/h应满足以下要求:-

结构休系Δu/h限值-

框架 1/550-

框架-剪力墙,框架-核心筒 1/800-

筒中筒,剪力墙 1/1000-

框支层 1/1000-

1.4 电算结果的

判别与调整要点:-

PKPM软件中的SATWE程

序对每一楼层计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值,详位移输出文件WDISP.OUT。但对于计算结果的判读,应注意以下几点:-

(1)若位移比(层间位移比)超过1.2,则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用;-

(2)验算位移比需要考虑偶然偏心作用,验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心-

(3)验算位移比应选择强制刚性楼板假定,但当凸凹不规则或楼板局部不连续时,应采用符

合楼板平面实际刚度变化的计算模型,当平面不对称时尚应计及扭转影响-

(4)最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果(即构件设计可以采用弹性楼板计算,而位移计算必须在刚性楼板假设下获得),故可先采用刚性楼板算出位移,而后采用弹性楼板进行构件分析。(5)因为高层建筑在水平力作用下,几乎都会产生扭转,故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位 -

2.周期比:-

2.1 名词释义:-

周期比即结构扭转为主的第一自振周期(也称第一扭振周期)Tt与平动为主的第一自振周期(也称第一侧振周期)T1的比值。周期比主要控制结构扭转效应,减小扭转对结构产生的不利影响,使结构的抗扭刚度不能太弱。因为当两者接近时,由于振动藕连的影响,结构的扭转效应将明显增大。-

2.2 相关规条文的控制:-

[高规]4.3.5条规定,结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比(即周期比),A级高度高层建筑不应大于0.9;B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。-

[高规]5.1.13条规定,高层建筑结构计算振型数不应小于9,抗震计算时,宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应,振型数不小于15,对于多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍,且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。-

2.3 电算结果的判别与调整要点:-

(1).计算结果详周期、地震力与振型输出文件。因SATWE电算结果中并未直接给出周期比,故对于通常的规则单塔楼结构,需人工按如下步骤验算周期比:-

a)根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数(三者之和等于1)判别各振型分别是扭转为主的振型(也称扭振振型)还是平动为主的振型(也称侧振振型)。一般情况下,当扭转系数大于0.5时,可认为该振型是扭振振型,反之应为侧振振型。当然,对某些极为复杂的结构还应结合主振型信息来进行判断;-

b)周期最长的扭振

振型对应的就是第一扭振周期Tt,周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1

;-

c)计算Tt / T1,看是否超过0.9(0.85)。-

对于多塔结构周期比,不能直接按上面的方法验算,这时应该将多塔结构分成多个单塔,按多个结构分别计算、分别验算(注意不是在同一结构中定义多塔,而是按塔分成多个结构)。-

(2).对于刚度均匀的结构,在考虑扭转耦连计算时,一般来说前两个或几个振型为其主振型,但对于刚度不均匀的复杂结构,上述规律不一定存在。总之在高层结构设计中,使得扭转振型不应靠前,以减小震害。SATWE程序中给出了各振型对基底剪力贡献比例的计算功能,通过参数Ratio(振型的基底剪力占总基底剪力的百分比)可以判断出那个振型是X方向或Y方向的主振型,并可查看以及每个振型对基底剪力的贡献大小。-

(3).振型分解反应谱法分析计算周期,地震力时,还应注意两个问题,即计算模型的选择与振型数的确定。一般来说,当全楼作刚性楼板假定后,计算时宜选择"侧刚模型"进行计算。而当结构定义有弹性楼板时则应选择"总刚模型"进行计算较为合理。至于振型数的确定,应按上述[高规]5.1.13条执行,振型数是否足够,应以计算振型数使振型参与质量不小于总质量的90%作为唯一的条件进行判别。-

(4).如同位移比的控制一样,周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而非其绝对大小,它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理,使结构不致于出现过大(相对于侧移)的扭转效应。即周期比控制不是在要求结构足够结实,而是在要求结构承载布局的合理性。考虑周期比限制以后,以前看来规整的结构平面,从新规的角度来看,可能成为"平面不规则结构"。一旦出现周期比不满足要求的情况,一般只能通过调整平面布置来改善这一状况,这种改变一般是整体性的,局部的小调整往往收效甚微。周期比不满足要求,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,总的调整原则是要加强结构外圈,或者削弱筒。-

(5).扭转周期控制及调整难度较大,要查出问题关键所在,采取相应措施,才能有效解决问题。-

a)扭转周期大小与刚心和形心的偏心距大小无关,只与楼层抗扭刚度有关;-

b)剪力墙全部按照同一主轴两向正交布置时,较易满足;周边墙与核心筒墙成斜交布置时要注意检查是否满足;-

c)当不满足周期限制时,若层位移角控制潜力较大,宜减小结构竖向构件刚度,增大平动周期;-

d)当不满足周期限制时,且层位移角控制潜力不大,应检

查是否存在扭转刚度特别小的层,若存在应加强该层的抗扭刚度;-

e)当不满足扭转周期限制,且层位移