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高层结构设计需要控制的六个参数

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高层结构设计需要控制的六个参数
作者：刘屹
来源：《城市建设理论研究》2013年第04期

摘要：本文对高层设计中比较重要的六个参数比值，结合《高层建筑混凝土结构技术规
程》(JGJ3-2010)（以下简称高规）和《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称抗
规）的理解和应用,浅谈高层结构设计。仅供有关专业人员参考。

关键词：高层结构设计、轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
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
参数主要有如下六个：

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。

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、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。

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。

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，要求见高规周
期比见高规3.4.5。

6、刚重比：主要为控制结构的稳定性，控制重力二阶效应的不利影响，要求见高规
5.4.1。

一、 轴压比
轴压比指考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向压力设计值N与柱全截面面积A和混
凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比值；对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；轴压比主要为控制结构的延性。
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抗震设计时，框架柱在竖向荷载与地震作用下的轴压比宜满足下表的规定，建造于Ⅳ类场
地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。

注：1采用复合箍筋或螺旋箍筋，且令箍筋特征值λ达到表所规定的上限时，轴压比限值
可增大0.10（包括框支柱）；

剪跨比≤2的框架柱，其轴压比限值宜减小0.05（不包括框支柱）；剪跨比≤1.5的框架
柱，其轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施。

3当柱子混凝土强度等级为C65~C70时，其轴压比限值宜减小0.05，当混凝土强度等级为
C75~C80时，其轴压比限值宜减小0.10。但当采用高强钢筋作为箍筋，且为复合、螺旋箍筋，
如经过实验或有可靠依据时，轴压比限值可不减少；4当柱子纵筋的配筋率≥0.3％，采用Ⅲ级
钢复合箍筋或螺旋箍筋，且箍筋体积配箍率不小于1.8％时，其轴压比限值可增大0.05，当纵
筋配筋率≥0.4％，采用Ⅲ级钢复合箍筋或螺旋箍筋，且箍筋体积配箍率不小于2％时，其轴压
比限值可增大0.10；

5上述各条附注中的增减值，可适用于框支柱，但轴压比不宜大于0.8，也不必小于0.6；
抗震规范表6.3.6中的注3、4、5也同样适用。
为避免由于轴压比的控制而使柱截面过大，应尽可能的提高柱子的混凝土强度等级。
重力荷载代表值作用下，一、二、三级剪力墙底部加强部位墙肢的轴压比不宜超过下表的
限值,墙肢轴压比为重力荷载代表值作用下墙肢承受的轴压力设计值与墙肢的全截面面积和混
凝土轴心抗压强度设计值。

剪力墙墙肢轴压比限值
注：h/b≤4时按框架柱控制轴压比，墙肢长度h很小时，结构整体抗震计算时也可不考虑
该小墙肢的承载力。

二、剪重比
剪重比主要为控制各楼层最小地震剪力，要求结构承担足够的地震作用，确保结构安全
性，剪重比与地震影响系数有内在联系:λ=0.2αmax。

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：
Veki>λ式中;;;; VEki——第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；;;;;;;;λ——剪力系
数，不应小于下表规定的楼层最小地震剪力系数值， 对竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以
1.15的增大系数；
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Gj——第j层的重力荷载代表值。
楼层最小地震剪力系数值
注：1 基本周期介于3.5s和5s之间的结构，可插入取值； 2 括号内数值分别用于设计基
本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由“有效质量系数”来控制，当“有效质量
系数”大于90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，
否则应修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。“有效质量系数”
与“振型数”有关，如果“有效质量系数”不满足90%，则可以通过增加振型数来满足。

当剪重比不满足规范要求时，大部分程序将自动调整地震作用，已达到设计目标的要求。
剪重比调整是系数直接乘在该层构件的地震内力上。地下室可以不受最小剪重比的控制。

三、刚度比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。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；建筑的立面和竖向剖面宜规
则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减
小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

平面及竖向不规则的类型
抗震规范附录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。
高规的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宜小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

高规的10.2.3条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，
应符合下列规定：

当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe1
表示转换层上、下层结构刚度的变化，γe1宜接近1，非抗震设计时γe1不应小于0.4，抗震设
计时γe1不应小于0.5。

当转换层设置在第2层以上时，转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。
规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，规范对结构的层刚度
有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要
求等等，都要求有层刚度作为依据，直观的来说,刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称
度。
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四、位移比
位移比是指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角与本楼层平均值的比，位移比的大
小反映了结构的扭转效应，同周期比的概念一样都是为了控制建筑的扭转效应提出的控制参
数。

结构是否规则、对称，平面中刚度分布是否均匀是结构本身的性能，可以用结构的刚心与
质心的相对位置表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭转可能较大。由于刚心与质心位置
都无法直接定量计算，抗震规范和高规都采用了校核结构最大水平位移与平均水平位移比值的
方法，即位移比要求。最大位移与平均位移的比值可以概念性的表示结构平面扭角大小。

抗规第3.4.4条规定：平面不规则而竖向规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，并
应符合下列要求：扭转不规则时，应计及扭转影响，且楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层
间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍；当最大层间位移远小
于规范限值时，可适当放宽

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高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析

高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析

高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析在现代城市的建设中，高层住宅建筑如雨后春笋般涌现。

剪力墙结构作为高层住宅建筑中一种常见且重要的结构形式，其设计的合理性和科学性直接关系到建筑物的安全性、稳定性以及使用功能的实现。

本文将对高层住宅建筑剪力墙结构的设计进行详细的探讨与分析。

一、剪力墙结构的基本概念与特点剪力墙结构是由一系列纵向和横向的钢筋混凝土墙体组成，这些墙体不仅承担着竖向荷载，还能有效地抵抗水平荷载，如风荷载和地震作用。

其主要特点包括：具有良好的抗侧刚度，能够有效控制建筑物在水平荷载下的变形；结构整体性强，空间整体性好，能够提供较为规则的建筑平面布局；墙体自身的承载能力较高，能够承受较大的竖向和水平荷载。

二、高层住宅建筑中剪力墙结构的设计要点1、结构布置在设计过程中，剪力墙的布置应遵循均匀、对称、周边化的原则。

均匀布置可以使结构在各个方向上的刚度相近，减少扭转效应；对称布置有助于减小水平荷载作用下的偏心影响；周边化布置则能增强结构的抗扭性能，提高结构的整体稳定性。

同时，要注意避免出现短肢剪力墙，因为短肢剪力墙的抗震性能相对较弱。

对于较长的剪力墙，应设置洞口将其分成若干墙段，以避免墙段过长而导致脆性破坏。

2、墙体厚度剪力墙的厚度应根据建筑物的高度、抗震等级以及墙体所承担的荷载等因素来确定。

一般来说，底层剪力墙的厚度较大，随着楼层的增加逐渐减小。

在满足结构要求的前提下，应尽量减小墙体厚度，以增加建筑的使用面积。

3、混凝土强度等级混凝土的强度等级应根据结构的受力情况、耐久性要求以及施工条件等综合确定。

高强度等级的混凝土可以减小墙体的截面尺寸，但过高的强度等级可能会导致混凝土的脆性增加，不利于结构的抗震性能。

4、配筋设计剪力墙的配筋包括竖向分布钢筋和水平分布钢筋。

竖向分布钢筋主要承受墙体的竖向荷载，水平分布钢筋则主要用于抵抗水平荷载产生的剪力。

配筋量应根据计算结果和规范要求进行确定，同时要注意钢筋的间距和锚固长度等构造要求。

高层建筑结构设计要求及荷载效应组合

高层建筑结构设计要求及荷载效应组合

⑵不利方面：出现塑性变形，意味着混凝土构件要出 现塑性铰、较大的裂缝和永久变形。会影响到结构的稳定。
结构的继续使用需要修复。
从抗震角度来看，出现超过设防烈度的地震是不可避 免的，结构应该具备足够的塑性变形能力。
但是结构过早地出现塑性变形也是十分不利的。结构 在小震、甚至风荷载作用下就出现塑性变形，必然导致裂 缝和变形过大，将影响到建筑物的正常使用。
② 短暂设计状况：适用于结构出现的临时情况，包括 结构施工和维修时的情况等；
③ 偶然设计状况：适用于结构出现的异常情况，包括结 构遭受火灾、爆炸、撞击时的情况等；
④ 地震设计状况：适用于结构遭受地震时的情况，在抗 震设防地区必须考虑地震设计状况。
1.1、持久设计状况和短暂设计状况下（无地震作用组合） 当荷载与荷载效应按线性关系考虑时，按下式：
结构顶点最大加速度
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆
alim (m / s盖竖向振动加速度限值
《高层规程》中规定楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz， 竖向振动加速度不应超过下表的限值。
2.4、稳定性与抗倾覆
结构整体稳定性是高层建筑设计的基本要求。研究表 明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整 体丧失稳定的可能性很小。稳定性设计主要是控制在风荷 载或水平地震力作用下，重力荷载产生的二阶效应（P-Δ） 不致过大，以免引起结构的失稳、倒塌。
n—结构总层数。
2、高层建筑结构的稳定应符合下列规定
1）剪力墙、框架—剪力墙结构、筒体结构
n
EJd 1.4H 2 Gi i 1
2）框架结构：
n
Di 10 G j / hi j i
（i=1,2,…,n)
3、抗倾覆控制： ⑴、控制高宽比H/B； ⑵、控制基底零应力区面积，<15％总面积。
YJK参数设置详细解析

YJK参数设置详细解析

结构总体信息1、结构体系：按实际情况填写。

1）框架结构：框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。

结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、陶粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

2）框剪结构：框架-剪力墙结构，俗称为框剪结构。

主要结构是框架，由梁柱构成，小部分是剪力墙。

墙体全部采用填充墙体，由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件。

适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。

3）框筒结构：如果把框剪结构剪力墙布置成筒体，围成的竖向箱形截面的薄臂筒和密柱框架组成的竖向箱形截面，可称为框架－筒体结构体系。

具有较高的抗侧移刚度，被广泛应用于超高层建筑。

4）筒中筒结构：筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。

由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒;筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒。

5）剪力墙结构：剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。

这种结构在高层房屋中被大量运用。

6）部分框支剪力墙结构：框支剪力墙指的是结构中的局部，部分剪力墙因建筑要求不能落地，直接落在下层框架梁上，再由框架梁将荷载传至框架柱上，这样的梁就叫框支梁，柱就叫框支柱，上面的墙就叫框支剪力墙。

这是一个局部的概念，因为结构中一般只有部分剪力墙会是框支剪力墙，大部分剪力墙一般都会落地的。

7）板柱-剪力墙结构：柱-剪力墙结构(slab-column shearwall structure)，是由无梁楼板与柱组成的板柱框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。

pkpm中要检查的参数

pkpm中要检查的参数

pkpm中要检查的参数高层建筑结构设计必须检查的计算结果输出信息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。

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，参见《高规》的表3.3.13；地震规范的表5.2.5同。

程序对算出的“楼层最小地震剪力系数”如果不满足规范的要求，将给出是否调整地震剪力的选择。

根据规范组的解释，如果不满足，就应调整结构方案，直到达到规范的值为止，而不能简单的调大地震力。

（A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%，B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。

注：楼层层间抗侧力结构受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。

）见wmass.out3、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。

新抗震规范附录E2.1规定，转换层结构上下层的侧向刚度比不宜大于2。

新高规的4.4.3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%新高规的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。

新高规的10.2.6条规定,底部大空间剪力墙结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度,应符合高规附录D 的规定。

D.0.1：底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构,可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化,非抗震设计时γ不应大于3,抗震设计时不应大于2D.0.2：底部为2-5层大空间的部分框支剪力墙结构,其转换层下部框架一剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。