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1、l 对控制转换层上下侧向刚度比的理解一、 前言高层建筑结构沿竖向的抗侧刚度宜规则、均匀，尤其是底部带转换层的高层建筑结构，其结构布置应尽量避免发生明显的刚度突变。要使转换层下部结构抗侧刚度接近转换层上部邻近的结构的抗侧刚度，尤其应注意不应产生软弱层。国内、外的地震区震害调查说明，由于底部有软弱层的房屋，在大地震中倒塌现象十分普遍。在设计中有必要对带转换层的高层建筑结构沿竖向侧向刚度作较严格的控制。为此，高层建筑混凝土结构技术规程（以下简称高规）第10.2.3条规定：“转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比应符合本规程附录E的规定”。二、 对高规有关规定的理解高规附录E对侧向刚度比作了明确规定：1
2、、 底部大空间为1层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度（亦称“剪切刚度”）比表示转换层上、下层结构刚度的变化，并指出值宜接近1。非抗震设计时，值不宜大于3，抗震设计时，值不宜大于2。值可按下列公式计算：（11）（12）（13）2、 底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度（亦称：“剪弯刚度”）比可采用图1所示的计算模型按下列公式计算。并规定宜接近1。非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3：（21）当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚应不小于相邻上部楼层侧向刚度60。（注意：“尚应”是表明当转换层设置在3层及3层以上时，同时要满足等效侧向刚度
3、比和楼层侧向刚度比这两种控制条件的要求。）高层建筑混凝土结构技术规程宣贯培训教材（由高规编制组、建研院结构所编，以下简称教材）及高规条文说明4.4.2指出：楼层侧向刚度（）可取该楼层剪力（）和该楼层层间位移（）的比值。即：（22）值得注意的是：等效剪切刚度比只与转换层上、下结构的等效剪切刚度有关，而与其他层无关：等效侧向刚度比则只与图1所示提供的两个计算模型中相关各层有关，而与两个计算模型所包含的各层以外的楼层无关。对于楼层侧向刚度比是根据建筑结构在地震作用下整体计算得到的结果取有关相邻层作比较而得。所以是与整个结构体系有密切关系的。也就是说，是用三种不同的计算模型分别计算出的抗侧刚度比例关系
4、。还应注意的是，这三种比例是分别控制转换层所在三种不同位置的情况。等效剪切刚度比是控制在转换层在1层时的情况，等效侧向刚度比是控制在转换层在2层时的情况。当转换层在第3层以及3层以上时，则应同时用等效侧向刚度比和转换层本层的楼层侧向刚度与转换层上一层的楼层侧向刚度比来控制。教材和由徐培福、黄小坤主编的高层建筑混凝土结构技术规程理解和应用（以下简称应用）中均指出：当转换层位置大于2层时，设计中应同时满足等效侧向刚度比和转换层本层的楼层侧向刚度与转换层相邻上一层的侧向刚度比这两种限制条件。关于楼层侧向刚度，在高规里是为判别结构竖向布置的均匀性而提出来的。并指出：抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚
5、度不宜小于相邻上层侧向刚度的70或其上相邻三层侧向刚度的平均值的80。建筑抗震设计规范（以下简称抗规）也是用上述条件来判别建筑结构竖向的规则性，并以图2表示。从图2可以看出，只要0.7或，则此结构体系被认为是沿竖向的侧向刚度不规则，也就是有柔软层存在。当带有转换层，而且转换层是在第3层以及3层以上时，提出增加用楼层侧向刚度比来控制，其目的是为了防止出现一种情况，即转换层本层的侧向刚度较小（见图3）。此时，等效侧向刚度比虽能满足高规附录E的要求，但是转换层本层的侧向刚度特别柔软。这种柔软层在地震作用下对建筑结构是很不利的。另外，高规和抗规提出楼层侧向刚度比宜大于70只是为了提出一个判别竖向结构是
6、否规则和均匀的标准，而高规附录E提出的却是楼层侧向刚度比的下限，其值为60，亦即超过了下限便被认为出现了软弱层。同时，根据国内外经验说明，对位于3层及3层以上的带转换层的高层建筑结构规定用60作为下限是十分有必要的。例如美国规范（IBC2000）中规定，当楼层侧向刚度小于相邻上层楼层侧向刚度的60时，被认为是竖向不规则的结构。多层及高层结构CAD软件高级应用第7.2.2条指出：转换层位于1层时，用户应该采用“剪切刚度”方法计算层刚度。当转换层位置大于1层时用户应该采用：“剪弯刚度”方法计算层刚度，来求转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比和判别是否符合高规要求。若采用“地震剪力与地震层间位移的比
7、”方法计算层刚度，其求得的转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比结果明显偏小，是偏于不安全的。转换层设置在3层及3层以上时用户还要采用“地震剪力与地震层间位移的比”方法在计算一次层刚度，从而进行转换层本层侧向刚度不应小于相邻上一层楼层的侧向刚度的60下限控制。这里也是提出了根据三种不同情况用三种不同的控制条件去控制以满足高规附录E要求。对于转换层在3层以及3层以上时，也是说明要用两种方法去控制以满足高规附录E要求。不能误以为当转换层在3层以及3层以上时可以只用楼层侧向刚度比的方法来控制，更不应该认为所有三种情况都可以采用楼层侧向刚度比来控制。这是完全违背了规范的要求。采用楼层侧向刚度比不小于60
8、的控制条件，在计算中是很容易通过的。按照这种控制条件，往往在实际工程设计中，只要将楼、电梯筒墙体适当加厚并下到转换层以下，便能满足高规附录E对楼层侧向刚度比不小于60的要求，但却不能满足高规附录E所规定的满足等效剪切刚度比的要求，因此是不安全的。三、 结语高层建筑结构的转换层的上下层结构只用楼层侧向刚度比来控制，在地震作用下是不安全的。所以设计时一定要注意按照转换层所在位置的三种不同情况而分别采用三种不同的控制方法，特别要注意的是当转换层在3层及3层以上时，应采用同时满足等效剪切刚度比和楼层侧向刚度比的两个控制条件，才能满足安全的要求。上面已指出，等效剪切刚度比只与转换层上、下层结构的等效剪切
9、刚度有关，而与其他层无关，其计算结果应只表示上、下两层的等效剪切刚度。而目前SATWE中当采用等效剪切刚度计算转换层上、下两层的刚度比时，却同时打印出其他各层的所谓刚度比，这应该是不对的。同样等效侧向刚度比（剪弯刚度比只与图1所示提供的两个计算模型中相关的各层有关，而与两个计算模型所包含的各层以外的楼层无关。其计算结果只是表示图1所示提供的两个模型的剪弯刚度比。而不应有其他各层的刚度比。但SATWE在采用剪弯刚度法计算时，却同时打印出其他各层的所谓刚度比，这也应该是不对的。另外应注意抗规第6、1、9条第3款要求“矩形平面的部分框支抗震墙结构，其框支层的侧向刚度不应小于相邻非框支层楼层侧向刚度的
10、50%”。所以对于具有一或二层框支层时，除要满足上述等效剪切刚度要求（对于一层框支层）和等效侧向刚度对于二层框支层)外，还要满足其上下层之间的楼层侧面刚度比应不大于50%的条件。而对于具有三层及以上框支层的按上述要求执行。l 基于性能的抗震设计 抗规第1.0.1条 其抗震设防目标是：“当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用，当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用，当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏”。亦即所谓的“小震不坏，中震可修，大震不倒” 三个水准地震小震
11、，即取抗震规范的多遇地震影响系数进行计算，也即是50年超越概率为63%重现期为50年，其相应的地震影响系数最大值进行计算。中震，即取抗震规范的多遇地震影响系数的2.81倍进行计算，即50年超越概率为10%重现期为475年，其相应的地震影响系数最大值进行计算。大震，即取抗震规范的罕遇地影响系数（它是多遇地震影响系数的4.56倍）进行计算，即50年超越概率为2%3%，重现期为16412475年。其相应的地震影响系数最大值进行计算。所谓小震、中震和大震是按国家规定的所在地区抗震设防烈度下的小震、中震和大震c以及相应的地震影响系数最大值。 基于性能的抗震设计的基本思想是：使所有的工程结构在预定的使用年
12、限内，在不同强度水平（准）的地震作用下，达到预定的不同的性能目标。 基于性能的抗震设计理念和方法，自从20世纪90年代在美国兴起，并日益得到工程界的关注。我国在基于性能的抗震设计方面也发表了不少论文加以研究和探讨。 基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展。它的特点是：使抗震设计从宏观规定的性能目标向具体量化的多重目标过度，并由业主（设计人）选择性能目标；对结构抗震性能水准进行深入的分析（包括静力和动力的弹塑性分析）并通过专家的评估论证。有利于建筑机构的创新，经过论证（包括试验）可以采用现行规范中还未规定的新结构体系、新技术、新材料；有利于针对不同设防烈度，场地条件及建筑的重要性
13、采用不同的性能目标和抗震措施。 抗震性能目标指在设定的地震地面运动水准下建筑结构的预期性能水准。 性能水准：在地震作用下结构及其构件处于什么状态（弹性、屈服或破坏） 按照建筑地震破坏等级划分标准（1990年建抗字第377号）如表1所示，有明确的震害概念：名称被破坏描述继续使用的可能性基本完好（含完好）承重结构完好，分别非承重结构轻微损坏，附属构件有不同程度破坏一般不需修理即可继续使用轻微损坏分别承重构件轻微裂缝，分别非承重构件明显破坏；附属构件有不同程度破坏不需修理或稍加修理，仍可继续使用中等破坏多数承重构件轻微裂缝，部分明显裂缝；个别非承重构件严重破坏需一般修理，采取安全措施后可适当使用严重
14、破坏多数承重构件严重破坏，或部分倒塌应排险大修，局部拆除倒塌多数承重构件倒塌需拆除 六个性能水准1a、结构在地震后完好，无损伤，一般不需修理即可使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。结构处于完全弹性状态。1b、结构在地震后基本完好，仅有个别构件轻微裂缝，一般不需修理或稍加修理即可继续使用，人们不会因结构损伤造成伤害，可安全出入和使用。个别结构带裂缝工作，但不屈服，大部分构件处于完全弹性状态。2、地震后结构薄弱部位和重要部位的构造完好，无损伤，其他部位有部分选定的具有一定延性的构件出现明显裂缝，修理后可继续安全使用。选定的构件明显带裂缝工作，但不屈服，其他处于弹性状态。3、地震后结
15、构的薄弱部位和重要部位的构件轻微损坏，出现轻微裂缝，其他部位有部分选定的具有延构件发生中等损坏，出现明显裂缝，进入屈服阶段，需要修理并采取一些安全措施才可继续使用；选定构件屈服，其他构件为不屈服。4、结构在地震下发生中等程度的破坏，多数构件轻微损坏，部分构件中等损坏，并进入屈服，有明显裂缝，需要采取安全措施，人们不能安全出入；经过修理，适当加固 后才可继续使用。部分构件进入屈服。5、结构在地震下发生明显损坏，多数构件中等损坏，进入屈服，有明显裂缝，部分构件严重损坏，但整个结构不倒塌，也不发生局部倒塌，人员会受到伤害，但不危及生命安全。结构进入屈服，但不破坏，倒塌。对性能水准以钢筋混凝土梁正截面受力为例，在荷载
