(完整版)结构设计中的七个比值
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一、轴压比1、定义:柱(墙)的轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值。
2、作用:反映了柱(墙)的受压情况;限制柱(墙)的轴压比主要是为了控制柱(墙)的延性,因为轴压比越大,柱(墙)的延性就越差,在地震作用下柱(墙)的破坏呈脆性。
3、规范限值:1)柱轴压比限值《混凝土结构设计规范》(50010-2010)11.4.16条《建筑抗震设计规范》(50011-2010)6.3.6条《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)6.4.2条2)剪力墙轴压比限值《混凝土结构设计规范》(50010-2010)11.7.16条《建筑抗震设计规范》(50011-2010)6.4.2条《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)7.2.13条4、不满足规范限值时调整方案:增大柱(墙)的截面尺寸或提高该楼层柱(墙)混凝土强度等级。
二、剪重比1、定义:水平地震力作用下楼层剪力标准值与重力荷载代表值的比值。
2、作用:为了控制结构总水平地震剪力及各楼层最小水平地震剪力,确保结构的安全。
3、规范限值:《建筑抗震设计规范》(50011-2010)5.2.5条《高层建筑混土结构技术规程》(JGJ3-2010)4.3.12条注:1、周期介于3.5s和5.0s之间的结构,应允许线性插入取值;2、7、8度时括号内的数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区;3、对于竖向不规则结构的薄弱层(不满足《高规》第3.5.2、3.5.3、3.5.4条),剪重比尚应乘以1.15的增大系数;4、“扭转效应明显”是指楼层最大水平位移(或层间位移)大楼层平均水平位移(或层间位移)的1.2倍。
4、不满足规范限值时的调整方案:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5条调整各层地震内力”后,程序按抗震规范5.2.5条自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上楼层重力荷载代表值,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比的要求。
高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6,高规6.4.2和7.2.14。
轴压比不满足时的调整方法:1)程序调整:SATWE程序不能实现。
2)人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
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,见抗规5.2.5,高规3.3.1 3。
这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2)人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:a)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度;b)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标;c)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
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,见抗规3.4.2,高规4.4.2;对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。
刚度比不满足时的调整方法:1)程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2)人工调整:如果还需人工干预,可适当降低本层层高和加强本层墙、柱或梁的刚度,适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙、柱或梁的刚度。
结构设计中的七个比值一、周期与周期比(控制第一振型不扭转):规范中没有严格的规定,只在《建筑结构荷载规范》2012年版的附录E中给出经验公式。
周期太长结构过于柔,周期太短,结构过于刚,所以,在一般情况下,高层结构结构周期T=(0.007-0.013)n式中n为建筑层数。
周期比即为结构扭转为主的第一自震(也称第一扭震周期)与平动为主的第一自振周期(也称第一侧震周期)的比值,周期比主要控制结构扭转效应,减小结构扭转对结构产生的不利影响,使结构抗扭刚度不会太弱,因为两者相近时,由于振动藕连现象,结构扭转效应会明显加大。
二、位移比(控制扭转):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,需要对其最大位移和层间位移加以控制,以保证主体结构始终处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数量,宽度,保证填充墙,幕墙等非结构构件的影响,避免产生明显的破坏。
控制平面的规则性,以免扭转对结构产生不利影响。
计算结果的判别和调整特点:pkpm中的satwe程序对于每一层计算并输出最大位移,最大层间位移角,平均水平位移,平均层间位移角及相应比值,详见输出文件wdisp,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,则要在总信息参数设置中考虑双向地震作用。
(2)验证位移比要考虑偶然偏心作用,验证位移角不需要考虑偶然偏心。
(3)验算位移比应当选择强制刚性楼板假定,但当凹凸或者局部楼板不连续时,应当采用复合楼板,平面内实际刚度变化的计算模型,当平面不连续时尚应考虑扭转影响。
(4)最大层间位移位移比是在刚性楼板假定下的控制参数。
构件设计与设计信息不是在同一个条件下的结果(即构件可以采用弹性楼板计算,而位移计算必须在刚性楼板假定下获得)固可以在刚性楼板假定下算出位移,而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边角部位。
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注意咯,这个是作者搜集整理在加工的!看懂了这个,去调那些参数应该没有任何问题了,不信你去试试!!觉得好的话,一定要顶!!!那些天做的时候也比较匆忙,出现了部分错误也在所难免,现在把部分错误勘正出来,还请大家一起来批评指正。
本人一定尽力,将本文做到最全最好!!过段时间出一个完整的勘误版本!!现在希望大家持续批评指正,作者已经阅读了346贴了!现将部分网友的部分指正列举如下1,轴压比中的最后一段话对应错了~~应是“一级抗震(9度)时的墙轴压比大于0.1,一级(8度)大于0.2,二级大于0.3时,应设置约束边缘构件"--感谢128楼和255楼网友指正!2,楼主,你整理的关于层刚度比的计算方法,说是有三种,新的pkpm2010已经不允许设计人员自主选择计算层刚度的方式了。
直接是默认第三种,你这是是pkpm08版本的计算方法。
pkpm2010的计算方式是:“层刚度计算中,satwe提供三种计算方法,分别是"剪切刚度","剪弯刚度"和"地震剪力与地震层间位移比值(抗震规范法)"。
剪切刚度是按《建筑抗震设计规范GB50011-2010》6.1.14条文说明中给出的方法计算的,剪弯刚度是按照有限元方法,通过加单位力来计算的;地震剪力与相应位移的比值方法是《建筑抗震设计规范》3.4.3条文说明给出的。
由于计算理论不同,三种方法可能给出差别比较大的刚度比结果,根据 2010 版规范, SATWE 对层刚度比计算的三种方法进行了调整,取消用户选项功能,在计算地震作用下,始终采用第三种方法进行薄弱层判断,并始终给出剪切刚度的计算结果,当结构中存在转换层时,根据转换层所在层号,当 2 层以下转换时采用剪切刚度计算转换层上下的等效刚度比,对于 3 层以上高位转换则自动进行剪弯刚度计算,并采用剪弯刚度计算等效刚度比。
高层结构设计中七个 比值的控制与调整龙广成摘 要 随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑(10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物)的应用日益广泛。
在满足使用功能的情况下,高层建筑如何才能达到既安全又经济的设计要求,这是结构设计人员必须面对的问题。
对于高层结构设计来说,位移比、周期比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的七个极其重要的参数,!抗震规范∀、!混凝土规范∀、!高规∀均在相关章节对以上"七个比值"进行了严格控制。
关键词 高层建筑;结构设计;七个"比值";规范条文;SATW E程序;电算结果;名词释义;控制与调整引言:随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑(10层及10层以上或房屋高度超过28m的建筑物)的应用日益广泛。
在满足使用功能的情况下,高层建筑如何才能达到既安全又经济的设计要求,这是结构设计人员必须面对的问题。
对于高层结构设计来说,位移比、周期比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的七个极其重要的参数,!建筑抗震设计规范GB50011-2001∀(2008年版)(以下简称为抗规); !混凝土结构设计规范G B50010-2002∀(以下简称为砼规);!高层建筑混凝土结构技术规程J G J3-2002∀(以下简称为高规)均在相关章节对"七个比值"进行了严格控制。
在初步设计和施工图设计阶段,结构设计人员和审图人员对"七个比值"都非常重视,各类结构设计软件都有相应的详细电算结果输出,便于设计人员进行分析与调整。
本文仅以我国目前较为权威且应用最为广泛的PKPM软件中的SAT W E程序的电算结果,结合规范条文要求,谈谈如何对电算结果进行判读、控制与调整。
1 位移比1.1 名词释义位移比包含两项内容:(1)楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。
p k p m中七个比的控制Work hard in everything, everything follows fate!1、轴压比:查看:混凝土构件配筋及钢结构验算简图轴压比不满足时的调整方法:1程序调整:SATWE程序不能实现..2人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度..2、周期比:查看:WZQ.OUT调整标准:高规3.4.5;A级扭转第一周期不应大于平动第一周期的0.9;B级不应大于0.85..周期比不满足时的调整方法:1程序调整:SATWE程序不能实现..2人工调整:只能通过人工调整改变结构布置;提高结构的扭转刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度;适当削弱结构中间墙、柱的刚度..第一或第二振型为扭转时的调整方法:1SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的..23当第一振型为扭转时;说明结构的扭转刚度相对于其两个主轴第二振型转角方向和第三振型转角方向;一般都靠近X轴和Y轴方向的侧移刚度过小;此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度;并适当削弱结构内部的刚度.. 4当第二振型为扭转时;说明结构沿两个主轴方向的侧移刚度相差较大;结构的扭转刚度相对其中一主轴第一振型转角方向的侧移刚度是合理的;但相对于另一主轴第三振型转角方向的侧移刚度则过小;此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度;并适当加强结构外围主要是沿第一振型转角方向的刚度..5在进行上述调整的同时;应注意使周期比满足规范的要求..6当第一振型为扭转时;周期比肯定不满足规范的要求;当第二振型为扭转时;周期比较难满足规范的要求..3、剪重比:查看:WZQ.OU中的VX剪重比不满足时的调整方法:2人工调整:如果还需人工干预;可按下列三种情况进行调整:a当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时;说明结构过柔;宜适当加大墙、柱截面;提高刚度;b当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时;说明结构过刚;宜适当减小墙、柱截面;降低刚度以取得合适的经济技术指标;c当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时;可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用;以满足剪重比要求..4、刚度比:查看:WMASS.OUT调整标准:抗规3.4.3;高规3.5.2;框架结构不宜小于相邻上层的0.7;不宜小于相邻上部三层刚度平均值的0.8;其他结构不宜小于相邻上层0.9;当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时该比值不宜小于1.1;对结构底部嵌固层该比值不宜小于1.5刚度比不满足时的调整方法:1程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求;SATWE自动将该楼层定义为薄弱层;并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍..2人工调整:如果还需人工干预;可适当降低本层层高和加强本层墙、柱或梁的刚度;适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙、柱或梁的刚度..5、刚重比:查看:WMASS.OUT调整标准:高规5.4.1;框架结构≥20;其他结构≥2.7H2;可以不考虑重力二阶效应;高规5.4.4;框架结构≥10;其他结构>1.4H2..刚重比不满足时的调整方法:1程序调整:SATWE程序不能实现..2人工调整:只能通过人工调整改变结构布置;加强墙、柱等竖向构件的刚度..6、层间受剪承载力比:查看:WMASS.OUT中的Ratio_Bu调整标准:抗规3.4.3;高规3.5.3;A级不宜小于上层的0.8;不应小于0.65;B级不应小于0.75..层间受剪承载力比不满足时的调整方法:2人工调整:如果还需人工干预;可适当提高本层构件强度如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力;或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力..7、位移比\弹性层间位移角\弹塑性层间位移角:查看:WDISP.OUT调整标准:抗规3.4.3;高规主要为控制结构平面规则性;以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应..见抗规3.4.3;高规位移比不满足时的调整方法:1程序调整:SATWE程序不能实现..2人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置;减小结构刚心与形心的偏心距;可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点;加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求..如果结构竖向较规则;第一次试算时可只建一个结构标准层;待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层;这样可以减少建模过程中的重复修改;加快建模速度..。
多高层结构设计计算的几个值
一.周期比
二、(弹性)层间位移角
(刚性)位移比
(弹塑性)层间位移角
三、剪重比
《高规》5.2.5条与《抗规》4.3.12条相同
四、刚重比
《高规》5.4.1-5.4.4条
总结:
刚重比>=1.4时,满足整体稳定要求;>=2.7时,不用考虑重力二阶效应。
五、刚度比
《高规》3.5.2、3.5.8、5.3.7、10.2.3条
《高规》177页
六、层间剪力比《高规》
《抗规》
七、其它系数的调整
1、X/Y向的有效质量系数
要求应不小于90%。
若不满足,可调整“计算振型数”,但振兴数达到上限时,仍不满足的话,就要需考虑结构布置的合理性。
2、计算振型个数
注意:振兴个数最大不宜超过结构的总自由度数,例如,刚性假定的单塔结构的振型数不得超过层数的3倍。
3、地震作用最大方向
当不小于15度时,需将数值回填到“水平力与整体坐标夹角”。
4、高宽比
《高规》3.3.1条
5.结构基本周期
是计算风荷载的重要指标
可先保留软件的缺省值,待计算后再从计算书中读取数值,回填入“结构基本周期”选项。
6.整体抗倾覆验算
看WMASS总信息里的倾覆力矩是否大于抗倾覆力矩。
1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7,计算结果见图形文件输出之三。
轴压比不符合要求时可通过加大柱截面修改,当轴压比较小时表明截面太大,应减小截面。
轴压比超限时的调整:现有面积×现有轴压比/轴压比限值=调整后的面积。
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,见抗规5.2.5,计算结果见WZQ.OUT。
剪重比不满足时的调整方法:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE 自动按抗规5.2.5调整;如果还需人工干预,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数以增大地震作用。
如果是在高烈度区,说明结构侧向刚度不足,宜调整结构布置或抗侧力构件,而不宜直接放大地震力。
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,见抗规3.4.2,计算结果见WMASS.OUT。
该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%,均归入不规则。
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。
见抗规3.4.2,计算结果见WDISP.OUT。
楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),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,归入不规则。
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,要求见高规4.3.5,计算结果见WZQ.OUT。
周期比,即结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比,须手算。
周期比计算方法:1)扭转周期与平动周期的判断:从计算书中找出所有扭转系数大于0.5的扭转周期,按周期值从大到小排列。
同理,将所有平动系数大于0。
5的平动周期按其值从大到小排列;2)第一周期的判断:从队列中选出数值最大的扭转(平动)周期,查看软件的“结构整体空间振动简图”,看该周期值所对应振型的空间振动是否为整体振动,如果其仅仅引起局部振动,则不能作为第一扭转(平动)周期,要从队列中取出下一个周期进行考察,依此类推,直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值,即为第一扭转(平动)周期;3)周期比计算:将第一扭转周期值除以第一平动局期值即可。
高层结构设计中七个“比值”的控制与调整
龙广成
【期刊名称】《葛洲坝集团科技》
【年(卷),期】2009(000)003
【摘要】随着城市的发展和科学技术的进步,高层建筑(10层及10层以上或房
屋高度超过28m的建筑物)的应用日益广泛。
在满足使用功能的情况下,高层建筑如何才能达到既安全又经济的设计要求,这是结构设计人员必须面对的问题。
对于高层结构设计来说,位移比、周期比、刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的七个极其重要的参数,《抗震规范》、《混凝土规范》、《高规》均在相关章节对以上”七个比值”进行了严格控制。
【总页数】4页(P79-82)
【作者】龙广成
【作者单位】葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院,湖北宜昌443002
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
【相关文献】
1.高层结构设计中位移比、周期比、刚度比的控制与调整 [J], 李柏涛;许东
2.高层结构设计需要控制的重要指标及调整方法 [J], 王飞
3.高层结构设计所需的控制比值及协调方法 [J], 刘灵达
4.高层结构设计中整体性能的控制与调整——SATWE电算结果与规范条文的对照理解 [J], 马旭升
5.谈高层结构设计中的常用电算指标——以轴压比、周期比、位移比的控制调整指标为论述依据 [J], 王翔宇;任力勇
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高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.6和6.4.5,高规 6.4.2和7.2.14。
轴压比不满足时的调整方法:1)程序调整:SATWE程序不能实现。
2)人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2、剪重比:剪重比是规范考虑长周期结构用振型分解反应谱法和底部剪力法计算时,因地震影响系数取值可能偏低,相应计算的地震作用也偏低,因此出于安全考虑,规范规定了楼层水平地震剪力得最小值.若楼层水平地震剪力小于规范对剪重比的要求,水平地震剪力的取值应进行调整,主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,见抗规5.2.5,高规4.3.12。
这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2)人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:a)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度;b)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标;c)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
3)在SATWE的“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减小系数,增大地震作用,以满足剪重比要求。
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,见抗规3.4.3,高规3.5.2;对于形成的薄弱层则按高规3.5.8,抗规3.4.4予以加强。
浅析高层结构需要控制的七个比值及调整方法摘要:随着苏州经济的高速发展,近几年苏州市区、园区及高新区越来越多的高层建筑在不断的拔地而起,特别是随着由苏州乾宁置业有限公司投资开发的具有号称“中国结构最复杂的超高层建筑”和“中国最高的苏式园林”的东方之门建筑将高层建筑推向了顶峰。
可是随着建筑结构的高度不断增高,建筑外形越复杂,平面凹凸越严重,那对于建筑本身的结构整体性能的控制条件也就越严格,因此这就给我们设计者带来很多矛盾,正确合理的把握好高层结构的竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,快速准确的控制好目标参数的合理取值及掌握各个目标参数相应的调整方法,使其即要满足规范要求,又要满足建筑的使用功能,这将是日常设计工作的中学习的关键点。
关键词:轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承载力比1.轴压比柱(墙)轴压比N/(fc*A) 是指柱(墙)轴压力设计值与柱(墙)的全截面面积和混凝土周欣抗压强度设计值乘积之比。
它反映了柱(墙)的受压情况,是影响柱(墙)抗震性能的主要因素之一,为了使柱(墙)具有很好的延性和耗能能力,规范采取的措施之一就是限制轴压比。
规范对墙肢和柱均有相应的限制要求,详见《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ-2010第6.4.2条和第7.2.13条,其中,柱轴压比计算中轴力设计值考虑地震作用计算,当可不进行地震作用计算的结构,取无地震作用组合的轴力设计值;而在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表值,与柱子不一样;轴压比不满足时的调整方法:(1). 程序调整:SATWE程序不能实现;(2). 人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
电算结果的判别与具体调整方法:a.抗震等级越高的建筑结构,其延性要求也越高,因此对轴压比的限制也越严格。
对于框支柱、一字形剪力墙等情况而言,则要求更严格。
抗震等级低或非抗震时可适当放松,但任何情况下不得小于1.05;b.限制墙柱的轴压比,通常取底截面( 最大轴力处) 进行验算,若截面尺寸或混凝土强度等级变化时, 还验算该位置的轴压比。
高层结构设计需要控制的七个比值及调整方法1、轴压比:主要为控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见抗规6.3.7和6.4.6,高规6.4.2和7.2.14。
轴压比不满足时的调整方法:1)程序调整:SATWE程序不能实现。
2)人工调整:增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
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,见抗规5.2.5,高规3.3.13。
这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并按这个最低要求完成后续的计算。
剪重比不满足时的调整方法:1)程序调整:在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2)人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:a)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度;b)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标;c)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用,以满足剪重比要求。
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,见抗规3.4.2,高规4.4.2;对于形成的薄弱层则按高规5.1.14予以加强。
刚度比不满足时的调整方法:1)程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2)人工调整:如果还需人工干预,可适当降低本层层高和加强本层墙、柱或梁的刚度,适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙、柱或梁的刚度。
4、位移比:主要为控制结构平面规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
高层结构设计重点控制的比值作者:蔡成华来源:《建筑建材装饰》2014年第01期摘要:随着科技的飞速发展,高层建筑逐渐取代多层建筑成为现代建筑的主流,本文从周期比、刚度比、位移比、轴压比、剪重比、刚重比、层间受剪承载力比等高层结构设计需要控制的七个比值对高层建筑结构设计进行探讨。
关键词:结构设计;周期比;位移比;轴压比;剪重比;层间受剪承载力比前言高层设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙等)的合理布置,设计过程中控制的目标参数主要有如下七个:1,周期比;2,刚度比;3,位移比;4,轴压比;5,剪重比;6,刚重比; 7,层间受剪承载力比。
1 周期比的控制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。
高层规程第,3.4.5条,要求: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,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本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
SATEWE程序计算出每个振型的侧振成分和扭振成分,通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。
应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。
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(注意:在某些情况下,还要结合主振型信息来进行判断)。
知道了Tt和T1,即可验证其比值是否满足规范。
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。
一句话,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。
2 刚度比的控制刚度比主要为控制结构竖向规则性,以免竖向刚度突变。
有如下几处规范,对刚度比做了相应规定。
(1)抗规第3.4.3条按刚度比判断楼层是否为薄弱层。
(2)高规的第5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。
位移比
高规 3.4.5:为减少扭转对结构布置的影响,在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,竖向构件的水平位移和层间位移,A级高度不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层的1.5倍;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,A级高度建筑不应大于0.9。
说明:过大的扭转效应会导致结构的严重破坏,对结构的扭转效应主要从以下两个方面加以限制:1、限制结构平面布置的不规则,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
扭转位移比计算时,楼层位移可取“规定水平地震力”计算,“规定水平地震力”一般可采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力,并考虑偶然偏心。
水平作用力的换算原则为每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值。
2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。
当扭转方向因子大于0.5时,则该振型可认为是扭转为主的振型。
(周期比计算时,可直接计算结构的固有自振特性,不必附加偶然偏心)
周期比
位移比调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、结构调整:只能通过调整改变结构平面布置,减小结构刚心与质心的偏心距;调整方法如下:
1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,结构最大水平位移与层间位移往往出现在结构的边角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度,减小结构刚心与质心的偏心距。
同时在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)对于位移比不满足规范要求的楼层,也可利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中,快速找到位移最大的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
节点号在“SA TWE位移输出文件”中查找。
也可找出位移最小的节点削弱其刚度,直到位移比满足要求。
周期比比调整方法:
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,总的调整原则是加强结构外圈刚度,削弱结构内筒刚度。
刚度比
抗规3.4.3:侧向刚度不规则判断:该层的侧向刚度不宜小于相邻上一层的70%,不宜小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。
高规3.5.2:
1、对框架结构,本层的侧向刚度不宜小于相邻上一层的70%,不宜小于其上相邻
三个楼层侧向刚度平均值的80%。
刚度比计算公式:
2、对框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构,框架核心筒、筒中筒结
构,本层与相邻上一层的侧向刚度之比不宜小于0.9,当本层层高大于相邻上一层的1.5倍时,该比值不宜小于1.1;对结构底层嵌固层,该比值不宜小于1.5。
说明:正常设计的高层建筑下部楼层侧向刚度宜大于上部楼层的侧向刚度,否则变形会集中于刚度小的下部楼层而形成结构软弱层。
受剪承载力之比
高规3.5.3:A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于相邻上一层受剪承载力的80%,不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。
调整方法:
1、程序调整:在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将
该楼层强制定义为薄弱层,SATWE按规定将该楼层地震剪力放大1.15倍。
2、人工调整:如果还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。
如果结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层;这样可以减少建模过程中的重复修改,加快建模速度。
刚重比
高规5.4:重力二阶效应及结构稳定
剪重比
抗规第5.2.5,高规4.3.12:
调整方法:
1、程序调整:当剪重比偏小但与规范限值相差不大(如剪重比达到规范限值的80%以上)时,可按下列方法之一进行调整:
1)在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”,SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。
2)在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数,增大地震作用,以满足剪重比要求。
3)在SATWE的“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减小系数,增大地震作用,以满足剪重比要求。
2、结构调整:当剪重比偏小且与规范限值相差较大时,宜调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。
轴压比
限制柱轴压比主要是为了保证柱的塑形变形能力和保证框架的抗倒塌能力。
抗震设计时,除了预计不可能进入屈服的柱外,通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。
箍筋对混凝土的约束能够提高混凝土的轴心抗压强度和混凝土的受压极限变形能力。
但在计算柱的轴压比时,仍取无箍筋约束的混凝土的轴心抗压强度设计值,不考虑箍筋约束对混凝土抗压强度的提高作用。
限制轴压比主要是为了控制结构的延性,规范对墙肢和柱均有相应限值要求,见《抗规》6.3.7和6.4.6,在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表设计值,与柱子的不一样,不需要考虑地震组合。
位移角
1按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比;
2目的:主要为限制结构在正常使用条件下的水平位移,确保高层结构应具备的刚度,避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。
3计算要求:不考虑偶然偏心,不考虑双向地震。
见高规3.4.5、3.7.3及相应的条文说明。
层间位移角不满足规范要求,说明结构的上述要求无法得到满足。
但层间位移角过分小,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。
调整方法:
1、程序调整:SATWE程序不能实现。
2、结构调整:只能通过调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。
1)由于高层结构在水平力的作用下将不可避免地发生扭转,所以符合刚性楼板假定的高层结构的最大层间位移往往出现在结构的边角部位,因此应注意加强结构外围对应位置抗侧力构件的刚度,减小结构的侧移变形。
同时在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2)利用程序的节点搜索功能在SATWE的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到层间位移角超过规范限值的节点,加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
节点号在“SA TWE位移输出文件”中查找。
薄弱层
该楼层的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%,可以认为,是从结构强度的角度来判断。
软弱层
该楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼曾侧向刚度的80%;除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%;可以认为,是从结构刚度的角度来判断。