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1、pkpm 参数意义与调整高层结构设计中六个“比”的控制与调整SATWE 电算结果与规范条文的对照理解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
2、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
3、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 1/800筒中筒，剪力墙 1/1000框支层 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
4、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，
5、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
6、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
7、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
8、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Rati。（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
9、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侧移刚度较小，总的调整原则是
10、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，各层抗扭刚度无突变，说明核心 筒平面尺度与结构
11、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(Ki=Vi/A i)、 地震剪力与地震层间位移
12、的比值(Ki=Qi/A 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部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层
13、结构等效刚度 比Y表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时Y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Y 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，然后在真实条件下完成其它结构计算。(2) 层刚比计算及
14、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”；而对于通常工程来说，则可选用第三种规范建议方法，此法也是 SAT
15、WE 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=104.3 电算结果的判别与调整要点:1. 按照下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 1
16、0 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
