结构设计中的几个重要比值(整理更新)
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结构设计中几个重要比值(整理更新)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。
柱轴压比是指,有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的比值,是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。
轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的,其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。
(抗规2010第62页表6.3.6)在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表值,与柱子的不一样。
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。
3、侧向刚度比:主要为控制结构竖向规则性。
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。
控制比例为1.5。
见抗规3.4.2、3.4.3。
4、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。
5、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,要求见高规。
6、剪跨比:梁的剪跨比,剪力的位置a与h0的比值。
剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系,因此也决定了主应力的大小和方向,也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式;同时也反映在受剪承载力的公式上。
柱的剪跨比:若反弯点在柱子层高范围内,柱子的剪跨比小于2时,需要全长加密,见混凝土规范11.4.12、11.4.17。
7、剪压比(梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值):梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响,当剪压比大于0.15的时候,梁的强度和刚度有明显的退化现象,此时再增加箍筋用量,也不能发挥作用,因此对梁柱的截面尺寸有所要求。
8、跨高比:梁的跨高比(梁的净跨与梁截面高度的比值)对梁的抗震性能有明显的影响。
梁(非剪力墙的连梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。
9、延性比:延性比即为弹塑性位移增大系数。
延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。
建筑结构设计中的十个比值随着计算机技术及CAD技术的发展,当前我们进行建筑结构设计越来越倚重计算软件;对计算软件依赖加深,往往会使我们变得懒于独立思考判断,而是直接引用计算结果作为设计的依据。
这样对于普通的规则的建筑往往没有大问题,但是一遇到特殊的建筑,其计算结果就会失真,必须人工进行调整干预才能得出正确的结果。
《高层建筑混凝土技术规程》第5.1.16条明确指出:对结构分析软件的计算结果,应进行分析判断,确认合理有效后方可作为工程设计的依据。
这一条文明确指出我们设计人员是设计的主体,软件只是我们的辅助工具,任何时候都不能丧失独立判断分析的能力。
分析一个计算结果正确与否,有十个比值非常关键,它们是轴压比,剪重比,刚度比,位移比,周期比,刚重比,楼层最大位移与层高比(层间位移角),倾覆力矩比,剪跨比以及剪压比。
(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,见抗震规范第6.3.6条和6.4.5条。
轴压比是指柱组合轴力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。
需要注意的是荷载组合下柱轴压比不能过大,从《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.3.1条可以看出当轴压力N>0.9φfc时,所增加的轴力全部由钢筋来承担,很不经济,尤其是地下室柱更应注意对截面的控制。
根据以往经验,合理的柱截面应该其配筋为构造配筋(配筋率0.7%~1.0%),当柱计算配筋面积很大时应加大柱截面。
(2)剪重比:是指结构任一楼层的水平剪力与该层及以上各层总重力荷载代表值之比。
一般特指底层水平剪力与结构总重力荷载代表值之比。
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《抗震规范》第5.2.5条。
剪重比在某种程度上反映了结构的刚柔程度,它应该在一个合理的范围内。
如果结构太刚,剪重比过大,则地震力增加,造成浪费;如果结构太柔,剪重比过小,层间位移比就不满足规范规定的变形要求。
对于框架(或框剪,剪力墙)结构,一般需要控制的有:宏观控制的5大比值:周期比,位移比,刚度比,剪重比,刚重比微观控制的6大比值:轴压比,剪压比,剪跨比,跨高比,高厚比(剪力墙),长细比(柱)[1]、剪重比控制:剪重比指任一楼层的水平剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值。
一般是指底层水平剪力与结构总重力荷载代表值之比。
它在某种程度上反映了结构的刚柔程度,剪重比应在一个合理的范围内,以保证结构整体的刚度适中,剪重比太小,说明结构整体刚度偏柔,在水平荷载或水平地震作用下将产升过大的水平位移或层间位移;剪重比过大,说明结构整体刚度偏刚,会引起很大的地震力,不经济。
附规范规定:《抗规》5.2.5条“剪重比”在新规范中就是水平地震剪力系数λ。
《高规》3.3.13条出于结构安全的考虑,增加了对各层水平地震剪力最小值的要求,结构的水平地震效应据此进行相应调整。
[2]、位移比控制:位移比是指楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)与该楼层弹性水位移(或层间位移)的平均值之比。
位移比的大小是反映结构平面规则与否的重要依据,它侧重控制的是结构侧向刚度和扭转之间的一种相对关系,而非绝对大小,它的目的是使结构抗侧力构件布置更有效、更合理。
附规范规定:《高规》的4.3.5条规定,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角,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1.3倍。
[3]、周期比控制:周期比使指结构扭转为主的第一周期T1与以平动为主的第一周T1的比值,其主要目的是控制结构在地震作用下的扭转效应。
周期比实际上反映了结构的扭转刚度和侧向刚度之间的一种对应关系,同时也反映了结构抗侧力钩件布置的合理性和有效性。
附规范规定:《高规》4.3.5条规定,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,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0.850[4]、层刚比控制:我国的“抗震规范”和“高规”均对结构的楼层侧向刚度比作出了规定,其主要目的是为了保证结构竖向刚度变化的均匀性,防止出现突变的情况。
轴压比:指柱(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(进一步理解为:柱(墙)的轴心压力设计值与柱(墙)的轴心抗压力设计值之比值)。
u=N/(A×fc)
剪重比:为地震作用与重力荷载代表值的比值。
λ=V
eki/∑=
n
j
j
G
1
侧向刚度比:该层的侧向刚度与相邻层侧向刚度的比值。
n=D/
1
i+
D
位移比:楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值。
周期比: 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。
刚重比:指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比。
λ=Di*Hi/Gi
剪跨比:指的是构件截面弯矩与剪力和有效高度乘积的比值(更深一层理解为:主应力与切应力之比)。
λ=a/h0=M/Vh0
剪压比:梁柱截面上的名义剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值(进一步理解为:水平作用与竖向作用的比值)。
λ= V ÷b o h /c c f ⨯β
跨高比:简支梁计算跨度与其梁截面高度之比值。
n=Ln/hb
延性比:极限变形(曲率、转角、挠度)与屈服变形(曲率、转角、挠度)的比值。
(结构延性比:指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。
μ=u ∆/y ∆)
以上内容根据土木在线的资料整理编辑得到。
高层结构设计中的六个比如和控制?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,规范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1. 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 相关规范条文的控制:[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。
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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。
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。
设计中结构设计需要控制的11个比值1、轴压比:定义:轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值;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【抗规第6.3.6】;轴压比指柱考虑地震组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值【高规第6.4.2条】墙肢轴压比指墙的轴压力设计值与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【抗规第6.4.2条】。
不计入地震作用组合(条文说明)目的:主要为控制结构的延性。
注意:应按规范要求对结构地震作用进行调整:特殊结构地震作用下内力调整、0.2Q0调整、墙柱弱梁、强剪弱弯调整等等(程序可自动完成),短柱的调整。
2、剪重比定义:结构任一楼层的水平地震剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值;抗规:5.2.5 抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:高规:4.3.12条多遇地震水平地震作用计算时,结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求:内涵:是反应地震作用大小的重要指标,主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性,在某种程度上反映了结构的刚柔程度,剪重比应在一个比较合理的范围内。
剪重比太小,说明结构刚度偏柔;剪重比太大,说明整体结构偏刚,会引起很大的地震力,不经济。
抗规表5.2.5给出了楼层最小地震剪力的要求,当不满足时,应优化设计方案、改进结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力,使之满足要求。
地下室由于受回填土的约束作用,可以不考虑剪重比调整。
3、刚度比定义:结构楼层与其相邻上层的侧向刚度的比值。
目的:主要为控制结构竖向的规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层,分类:PKPM系列软件提供了三种刚度比的计算方式:分别是剪切刚度,剪弯刚度和地震作用与相应的层间位移比。
剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定;剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构;地震作用与层间位移比,通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比,也是软件的缺省方式。
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。
结构设计中几个重要比值(整理更新)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。
柱轴压比是指,有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的比值,是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。
轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的,其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。
在剪力墙的轴压比计算中,轴力取重力荷载代表值,与柱子的不一样。
3、侧向刚度比:主要为控制结构竖向规则性。
4、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。
5、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,要求见高规。
6、剪跨比:梁的剪跨比,剪力的位置a与h0的比值。
剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系,因此也决定了主应力的大小和方向,也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式;同时也反映在受剪承载力的公式上。
7、剪压比(梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值):梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响,当剪压比大于0.15的时候,梁的强度和刚度有明显的退化现象,此时再增加箍筋用量,也不能发挥作用,因此对梁柱的截面尺寸有所要求。
8、跨高比:梁的跨高比(梁的净跨与梁截面高度的比值)对梁的抗震性能有明显的影响。
梁(非剪力墙的连梁)的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。
9、延性比:延性比即为弹塑性位移增大系数。
延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。
延性比主要分为三个层面,即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。
结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移(P-delta)、水平荷载-层间位移等曲线。
结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等。
高层建筑结构设计中的几个比值1、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。
2、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。
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、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。
5、剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性。
6、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。
一、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。
1.2 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。
1.3 相关规范条文的控制[抗规条规定,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] 3.4.5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]3.7.3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:框架1/550框架-剪力墙,框架-核心筒,板柱-剪力墙1/800筒中筒,剪力墙1/1000除框架结构外的转换层1/10001.4 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内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。
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。
二、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)T t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,由于振动耦联的影响,结构的扭转效应将明显增大。
2.2 相关规范条文的控制[高规] 3.4.5条规定,结构扭转为主的第一自振周期T t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。
耦联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T t,周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1。
c)计算T t / 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,在考虑扭转耦联计算时,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”(4)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,从新规范的角度来看,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,或者削弱内筒(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)当不满足扭转周期限制时,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)当不满足扭转周期限制时,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,且层位移角控制潜力不大,各层抗扭刚度无突变,说明核心筒平面尺寸与结构总高度之比偏小,应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚,增大核心筒的抗扭刚度。
f)当计算中发现扭转为第一振型,应设法在建筑物周围布置剪力墙,不应采取只通过加大中部剪力墙的刚度措施来调整结构的抗扭刚度。
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。
三、刚度比3.1 名词释义刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值(也称层刚度比),该值主要为了控制高层结构的竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层。
对于地下室结构顶板能否作为嵌固端,转换层上、下结构刚度能否满足要求,及薄弱层的判断,均以层刚度比作为依据。
[抗规]与[高规]提供有三种方法计算层刚度,即剪切刚度(K i=G i A i/h i)、剪弯刚度(K i=V i/Δi)、地震剪力与地震层间位移的比值(K i=Q i/Δu i)。
3.2 相关规范条文的控制[抗规]附录E2.1规定,筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。
[高规]3.5.2条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。