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1、结构设计中七个“比” 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 1.2 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
2、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*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）u/h应满足以下要求 ： 结构休系 u/h限值 框架 1/550 框架-剪力墙，框架-核心筒 1/80
3、0 筒中筒，剪力墙 1/1000 框支层 1/1000 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。 1.4 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
4、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
5、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 相关规范条文的控制： 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），*高度高层建筑 不应大于0.9；B级高度高层建筑、
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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，且层位移角控制潜力不大，各层 抗扭刚度
11、无突变，说明核心筒平面尺度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。 3 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（Ki=GiAi/hi）、剪弯刚度
12、（Ki=Vi/i）、地震剪力与 地震层间位移的比值（Ki=Qi/ui）。 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4.4.2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%； 高规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； 高规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，应符合高规附录E的规定： E.01)底部大空间为一层的
13、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表示转换层 上、下层结构刚度 的变化，非抗震设计时 不应大于3，抗震设计时 不应大于2。 E.02)底部大空间层数大于一层时，其转换层 上部框架-剪力墙 结构的与底部大空间层相同或相近高度的部分的等效侧向刚度 与转换层 下部的框架-剪力墙结构的等效侧向刚度比e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。 3.3 电算结果的判别与调整要点: （1）规范对结构层刚度比和位移比的控制一样，也要求在刚性 楼板假定条件下计算。对于有弹性板或板厚为零的工程，应计 算两次，在刚性楼板假定条件下计算层刚度比并找出薄弱层， 然后在
14、真实条件下完成其它结构计算。 （2）层刚比计算及薄弱层地震剪力放大系数的结果详建筑结构 的总信息WMASS.OUT。一般来说，结构的抗侧刚度应该是沿 高度均匀或沿高度逐渐减少，但对于框支层或抽空墙柱的中间 楼层通常表现为薄弱层，由于薄弱层容易遭受严重震害，故程 序根据刚度比的计算结果或层间剪力的大小自动判定薄弱层， 并乘以放大系数，以保证结构安全。当然，薄弱层也可在调整 信息中通过人工强制指定。 （3）对于上述三种计算层刚度的方法，我们应根据实际情况进 行选择：对于底部大空间为一层时或多层建筑及砖混结构应选 择“剪切刚度”；对于底部大空间为多层时或有支撑的钢结构应选 择“剪弯刚度”；而对于通常
15、工程来说，则可选用第三种规范建议 方法，此法也是SATWE程序的默认方法。 4刚重比 4.1 名词释义： 结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比称为刚重比。它是 影响重力二阶效应的主要参数,且重力二阶效应随着结构刚 重比的降低呈双曲线关系增加。高层建筑在风荷载或水平 地震作用下,若重力二阶效应过大则会引起结构的失稳倒塌 ，故控制好结构的刚重比，则可以控制结构不失去稳定。 4.2 相关规范条文的控制： 高规5.4.4条规定: 1.对于剪力墙结构,框剪结构,筒体结构稳定性必须符合下列规定: 2.对于框架结构稳定性必须符合下列规定: Di*Hi/Gi=10 4.3 电算结果的判别与调整要点: 1.按照下
16、式计算等效侧向刚度： 2.对于剪切型的框架结构,当刚重比大于10时，则结构重力二阶效应可控 制在20%以内,结构的稳定已经具有一定的安全储备；当刚重比大于20 时,重力二阶效应对结构的影响已经很小,故规范规定此时可以不考虑重力 二阶效应。 3.对于弯剪型的剪力墙结构、框剪结构、筒体结构，当刚重比大于1.4时 ，结构能够保持整体稳定；当刚重比大于2.7时，重力二阶效应导致的内 力和位移增量仅在5%左右，故规范规定此时可以不考虑重力二阶效应。 2.若结构刚重比(Ejd/GH2)1.4,则满足整体稳定条件,SATWE输出结 果参WMASS.OUT, 3.高层建筑的高宽比满足限值时，可不进行稳定验算，否则应进行。 4.当高层建筑的稳定不满足上述规定时，应调整并增大结构的侧向刚度 。 5、剪重比: 5
