 高層結構設計中六個“比”的控制與調整 -----SATWE電算結果與規范條文的對照理解 1. 位移比（層間位移比）: 1.1 名詞釋義： （1） 位移比：即樓層豎向構件的最大水平位移與平均水平位移的比值。 （2) 層間位移比：即樓層豎向構件的最大層間位移角與平均層間位移角的比值。 其中： 最大水平位移：墻頂、柱頂節點的最大水平位移。 平均水平位移：墻頂、柱頂節點的最大水平位移與最小水平位移之和除2。 層間位移角：墻、柱層間位移與層高的比值。 最大層間位移角：墻、柱層間位移角的最大值。 平均層間位移角：墻、柱層間位移角的最大值與最小值之和除2。 1.3 控制目的: 高層建筑層數多，高度大，為了保證高層建筑結構具有必要的剛度，應對其最大位移和層間位移加以控制，主要目的有以下幾點： 1 保證主體結構基本處于彈性受力狀態,避免混凝土墻柱出現裂縫,控制樓面梁板的裂縫數量,寬度。 2 保證填充墻,隔墻,幕墻等非結構構件的完好,避免產生明顯的損壞。 3． 控制結構平面規則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。 1.2 相關規范條文的控制： [抗規]3.4.2條規定，建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則,對稱,并應具有良好的整體性,當存在結構平面扭轉不規則時,樓層的最大彈性水平位移(或層間位移),不宜大于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移)平均值的1.2倍。 [高規]4.3.5條規定，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移，A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且***高度高層建筑不應大于該樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑，不應大于該樓層平均值的1.4倍。 [高規]4.6.3條規定，高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層間之比（即最大層間位移角）Δu/h應滿足以下要求： 結構休系 Δu/h限值 框架 1/550 框架-剪力墻，框架-核心筒 1/800 筒中筒，剪力墻 1/1000 框支層 1/1000 1.4 電算結果的判別與調整要點: PKPM軟件中的SATWE程序對每一樓層計算并輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應的比值，詳位移輸出文件WDISP.OUT。但對于計算結果的判讀,應注意以下幾點： （1）若位移比（層間位移比）超過1.2，則需要在總信息參數設置中考慮雙向地震作用; （2）驗算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心 （3）驗算位移比應選擇強制剛性樓板假定，但當凸凹不規則或樓板局部不連續時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時尚應計及扭轉影響 （4）最大層間位移、位移比是在剛性樓板假設下的控制參數。構件設計與位移信息不是在同一條件下的結果（即構件設計可以采用彈性樓板計算，而位移計算必須在剛性樓板假設下獲得），故可先采用剛性樓板算出位移，而后采用彈性樓板進行構件分析。（5）因為高層建筑在水平力作用下,幾乎都會產生扭轉,故樓層最大位移一般都發生在結構單元的邊角部位 2．周期比： 2.1 名詞釋義： 周期比即結構扭轉為主的第一自振周期（也稱第一扭振周期）Tt與平動為主的第一自振周期（也稱第一側振周期）T1的比值。周期比主要控制結構扭轉效應，減小扭轉對結構產生的不利影響，使結構的抗扭剛度不能太弱。因為當兩者接近時,由于振動藕連的影響,結構的扭轉效應將明顯增大。 2.2 相關規范條文的控制： [高規]4.3.5條規定，結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（即周期比），***高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。 [高規]5.1.13條規定，高層建筑結構計算振型數不應小于9,抗震計算時,宜考慮平扭藕連計算結構的扭轉效應,振型數不小于15,對于多塔樓結構的振型數不應小于塔樓數的9倍,且計算振型數應使振型參與質量不小于總質量的90%。 2.3 電算結果的判別與調整要點: (1).計算結果詳周期、地震力與振型輸出文件。因SATWE電算結果中并未直接給出周期比,故對于通常的規則單塔樓結構，需人工按如下步驟驗算周期比: a）根據各振型的兩個平動系數和一個扭轉系數(三者之和等于1)判別各振型分別是扭轉為主的振型（也稱扭振振型）還是平動為主的振型（也稱側振振型）。一般情況下，當扭轉系數大于0.5時,可認為該振型是扭振振型,反之應為側振振型。當然，對某些極為復雜的結構還應結合主振型信息來進行判斷； b）周期最長的扭振振型對應的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側振振型對應的就是第一側振周期T1； c）計算Tt / T1，看是否超過0.9(0.85)。 對于多塔結構周期比，不能直接按上面的方法驗算，這時應該將多塔結構分成多個單塔，按多個結構分別計算、分別驗算(注意不是在同一結構中定義多塔，而是按塔分成多個結構)。 (2).對于剛度均勻的結構，在考慮扭轉耦連計算時，一般來說前兩個或幾個振型為其主振型，但對于剛度不均勻的復雜結構，上述規律不一定存在。總之在高層結構設計中，使得扭轉振型不應靠前，以減小震害。SATWE程序中給出了各振型對基底剪力貢獻比例的計算功能,通過參數Ratio(振型的基底剪力占總基底剪力的百分比)可以判斷出那個振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每個振型對基底剪力的貢獻大小。 (3).振型分解反應譜法分析計算周期，地震力時，還應注意兩個問題，即計算模型的選擇與振型數的確定。一般來說，當全樓作剛性樓板假定后，計算時宜選擇“側剛模型”進行計算。而當結構定義有彈性樓板時則應選擇“總剛模型”進行計算較為合理。至于振型數的確定，應按上述[高規]5.1.13條執行，振型數是否足夠，應以計算振型數使振型參與質量不小于總質量的90%作為唯一的條件進行判別。 (4).如同位移比的控制一樣，周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不致于出現過大（相對于側移）的扭轉效應。即周期比控制不是在要求結構足夠結實，而是在要求結構承載布局的合理性。考慮周期比限制以后，以前看來規整的結構平面，從新規范的角度來看，可能成為“平面不規則結構”。一旦出現周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調整往往收效甚微。周期比不滿足要求，說明結構的扭轉剛度相對于側移剛度較小，總的調整原則是要加強結構外圈，或者削弱內筒。 (5).扭轉周期控制及調整難度較大，要查出問題關鍵所在，采取相應措施，才能有效解決問題。 a)扭轉周期大小與剛心和形心的偏心距大小無關，只與樓層抗扭剛度有關； b)剪力墻全部按照同一主軸兩向正交布置時，較易滿足；周邊墻與核心筒墻成斜交布置時要注意檢查是否滿足； c)當不滿足周期限制時，若層位移角控制潛力較大，宜減小結構豎向構件剛度，增大平動周期； d)當不滿足周期限制時，且層位移角控制潛力不大，應檢查是否存在扭轉剛度特別小的層，若存在應加強該層的抗扭剛度； e)當不滿足扭轉周期限制，且層位移角控制潛力不大，各層抗扭剛度無突變，說明核心筒平面尺度與結構總高度之比偏小，應加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墻厚，增大核心筒的抗扭剛度。 f)當計算中發現扭轉為第一振型，應設法在建筑物周圍布置剪力墻，不應采取只通過加大中部剪力墻的剛度措施來調整結構的抗扭剛度。 3 剛度比 3.1 名詞釋義： 剛度比指結構豎向不同樓層的側向剛度的比值（也稱層剛度比），該值主要為了控制高層結構的豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。對于地下室結構頂板能否作為嵌固端，轉換層上、下結構剛度能否滿足要求，及薄弱層的判斷，均以層剛度比作為依據。[抗規]與[高規]提供有三種方法計算層剛度，即剪切剛度（Ki=GiAi/hi）、剪彎剛度（Ki=Vi/Δi）、地震剪力與地震層間位移的比值（Ki=Qi/Δui）。 3.2 相關規范條文的控制：[抗規]附錄E2.1規定，筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2； [高規]4.4.2條規定，抗震設計的高層建筑結構，其樓層側向剛度不宜小于相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%； [高規]5.3.7條規定，高層建筑結構計算中，當地下室的頂板作為上部結構嵌固端時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍； [高規]10.2.3條規定，底部大空間剪力墻結構，轉換層上部結構與下部結構的側向剛度，應符合高規附錄E的規定： E.01)底部大空間為一層的部分框支剪力墻結構，可近似采用轉換層上、下層結構等效剛度比γ表示轉換層上、下層結構剛度的變化，非抗震設計時γ不應大于3，抗震設計時不應大于2。 E.02)底部大空間層數大于一層時，其轉換層上部框架-剪力墻結構的與底部大空間層相同或相近高度的部分的等效側向剛度與轉換層下部的框架-剪力墻結構的等效側向剛度比γe宜接近1，非抗震設計時不應大于2，抗震設計時不應大于1.3。 3.3 電算結果的判別與調整要點: （1）規范對結構層剛度比和位移比的控制一樣，也要求在剛性樓板假定條件下計算。對于有彈性板或板厚為零的工程，應計算兩次，在剛性樓板假定條件下計算層剛度比并找出薄弱層，然后在真實條件下完成其它結構計算。 （2）層剛比計算及薄弱層地震剪力放大系數的結果詳建筑結構的總信息WMASS.OUT。一般來說，結構的抗側剛度應該是沿高度均勻或沿高度逐漸減少，但對于框支層或抽空墻柱的中間樓層通常表現為薄弱層，由于薄弱層容易遭受嚴重震害，故程序根據剛度比的計算結果或層間剪力的大小自動判定薄弱層，并乘以放大系數，以保證結構安全。當然，薄弱層也可在調整信息中通過人工強制指定。 （3）對于上述三種計算層剛度的方法，我們應根據實際情況進行選擇：對于底部大空間為一層時或多層建筑及磚混結構應選擇“剪切剛度”；對于底部大空間為多層時或有支撐的鋼結構應選擇“剪彎剛度”；而對于通常工程來說，則可選用第三種規范建議方法，此法也是SATWE程序的默認方法。 4．剛重比 4.1 名詞釋義： 結構的側向剛度與重力荷載設計值之比稱為剛重比。它是影響重力二階效應的主要參數,且重力二階效應隨著結構剛重比的降低呈雙曲線關系增加。高層建筑在風荷載或水平地震作用下,若重力二階效應過大則會引起結構的失穩倒塌，故控制好結構的剛重比，則可以控制結構不失去穩定。 4.2 相關規范條文的控制： [高規]5.4.4條規定: 1.對于剪力墻結構,框剪結構,筒體結構穩定性必須符合下列規定: 2.對于框架結構穩定性必須符合下列規定: Di*Hi/Gi>=10 4.3 電算結果的判別與調整要點: 1.按照下式計算等效側向剛度： 2.對于剪切型的框架結構,當剛重比大于10時，則結構重力二階效應可控制在20%以內,結構的穩定已經具有一定的安全儲備；當剛重比大于20時,重力二階效應對結構的影響已經很小,故規范規定此時可以不考慮重力二階效應。 3.對于彎剪型的剪力墻結構、框剪結構、筒體結構，當剛重比大于1.4時，結構能夠保持整體穩定；當剛重比大于2.7時，重力二階效應導致的內力和位移增量僅在5%左右，故規范規定此時可以不考慮重力二階效應。 2.若結構剛重比(Ejd/GH2)>1.4,則滿足整體穩定條件,SATWE輸出結果參WMASS.OUT, 3.高層建筑的高寬比滿足限值時，可不進行穩定驗算，否則應進行。 4.當高層建筑的穩定不滿足上述規定時，應調整并增大結構的側向剛度。 5、剪重比: 5.1 名詞釋義： 剪重比即最小地震剪力系數λ，主要是控制各樓層最小地震剪力，尤其是對于基本周期大于3.5S的結構,以及存在薄弱層的結構,出于對結構安全的考慮,規范增加了對剪重比的要求。 5.2 相關規范條文的控制： [抗規]5.2.5條與[高規]3.3.13條規定，抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力不應小于下表給出的最小地震剪力系數λ。類 別 7 度 7.5 度 8 度 8.5 度 9 度 扭轉效應明顯或基本周期 小于3.5S的結構 0.016 0.024 0.032 0.048 0.064 基本周期大于5.0S的結構 0.012 0.018 0.024 0.032 0.040 5.3 電算結果的判別與調整要點: (1).對于豎向不規則結構的薄弱層的水平地震剪力應增大1.15倍，即上表中樓層最小剪力系數λ應乘以1.15倍。當周期介于3.5S和5.0S之間時，可對于上表采用插入法求值。 (2).對于一般高層建筑而言,結構剪重比底層為最小,頂層最大,故實際工程中,結構剪重比由底層控制,由下到上,哪層的地震剪力不夠，就放大哪層的設計地震內力. (3).結構各層剪重比及各樓層地震剪力調整系數自動計算取值,結果詳SATWE周期、地震力與振型輸出文件WZQ.OUT) (4).各層地震內力自動放大與否在調整信息欄設開關；如果用戶考慮自動放大，SATWE將在WZQ.OUT中輸出程序內部采用的放大系數. (5).六度區剪重比可在0.7％～1％取。若剪重比過小，均為構造配筋,說明底部剪力過小，要對構件截面大小、周期折減等進行檢查;若剪重比過大，說明底部剪力很大，也應檢查結構模型，參數設置是否正確或結構布置是否太剛。 6、軸壓比 6.1 名詞釋義： 柱(墻)軸壓比N/(fcA)指柱(墻)軸壓力設計值與柱(墻)的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一，為了使柱墻具有很好的延性和耗能能力，規范采取的措施之一就是限制軸壓比。 6.2 相關規范條文的控制：[砼規]11.4.16條[抗規]6.3.7條,[高規]6.4.2條同時規定:柱軸壓比不宜超過下表中限值。 結構類型 抗震等級 一 二 三 框架結構 0.7 0.8 0.9 框架抗震墻，板柱抗震墻筒體 0.75 0.85 0.95 部分框支抗震墻 0.6 0.7 -- [砼規]11.7.13條[高規]7.2.14條同時規定:抗震設計時，一二級抗震等級的剪力墻底部加強部位，其重力荷載代表值作用下墻肢的軸壓比不宜超過下表中限值. 關鍵詞： PKPM 設計 計算 1.風荷載 風壓標準值計算公式為:WK=βzμsμZ W。其中:βz=1+ξυφz/μz在新規范中,基本風壓Wo略有提高,而建筑的風壓高度變化系數μE、脈動增大系數ξ、脈動影響系數υ都存在減小的情況。所以,按新規范計算的風壓標準值可能比89規范大,也可能比89規范小。具體的變化包括下面幾條: 1)、基本風壓:：新的荷載規范將風荷載基本值的重現期由原來的30年一遇改為50年一遇:新高規3.2.2條規定:對于B級高度的高層建筑或特別重要的高層建筑,應按100年一遇的風壓值采用。 2)、地面粗糙度類別：由原來的A、B、C類,改為A、B、C、D類。C類是指有密集建筑群的城市市區；D類為有密集建筑群,且房屋較高的城市市區。 3)、鳳壓高度變化系數：A、B、C類對應的風壓高度變化系數略有調整。新增加的D類對應的風壓高度變化系數最,比C類小20%到50%。 4)、脈動增大系數:A、B、C類對應的脈動增大系數略有調整。新增加的D類對應脈動增大系數比89規范小,約5%到10%。與結構的材料和形式有關。 5)、脈動影晌系數：在89高規中,脈動影響系數僅與地面粗糙度類別有關,對應A、B、C類的脈動影響系數分別為,0.48、0.53和0.63。在新規范中,脈動影響系數不僅與地面粗糙度類別有關,而且還與建筑的高寬比和總高度有關,其數值都小于89高規。如C類、高度為5Om、高寬比為3的建筑,υ=0.46,比89高規小28%,若為D類,則小37%。 6)、結構的基本周期：脈動增大系數ξ與結構的基本周期有關(WoT12)。結構的基本周期可采用結構力學方法計算,對于比較規則的結構,也可以采用近似方法計算:框架結構T=(0.08-1.00)N:框剪結構、框筒結構T=(0.06-0.08)N:剪力墻結構、筒中筒結構T=(0.05-0.06)N。其中N為結構層數。 2.地震作用 1）、抗震設防烈度：:新規范改變了抗震設防烈度與設計基本地震加速度值的對應關系,增加了7度(0.15g〉和8度(0.30g)兩種情況(見新抗震規范表3.2.2)。 2）、設計地震分組：新規范把直接影響建筑的設計特征周期Tg的設計近震、遠震改為設計地震分組,分別為設計地震第一組、第二組和第三組。 3)、特征周期值：比89規范增加了0.05s以上,這在一定程度上提高了地震作用。 4)、地震影響系數曲線：新規范5.1.5條,設計反應譜范圍由原來的3s延伸到6s,分上升段、平臺段、指數下降段和傾斜下降段四個區段。在5Tg以內與89規范相同,從5Tg起改為傾斜下降段,斜率為0.02。對于阻尼比不等于0.05的結構,設計反應譜在阻尼比ζ等于0.05的基礎上調整。 5）、扭轉耦連：新高規3.3條規定,質量、剛度不對稱、不均勻的結構,以及高度超過100m的高層建筑結構應采用考慮扭轉稿連振動影響的振型分解反應譜法。 6)、雙向地震作用：新抗震規范5.1.1條規定，質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向地震作用下的扭轉影響。 7)、偶然偏心：新高規3.3.3條規定,計算地震作用時，應考慮偶然偏心的影響,附加偏心距可取與地震作用方向垂直的建筑物邊長的5%。 8)、豎向地震作用：新規范5.3.1條規定,對于9度的高層建筑,其豎向地震作用標準值應按 公式(5.3.1-1)和〈5.3.14〉計算,并宜乘以1.5的放大系數。相當于重力荷載代表值的33.4%:新規范5.3.3條規定,長懸臂和其它大跨度結構豎向地震作用標準值,8度、8.5度和9度時分別取重力荷載代表值的10%、15%和20%:新高規10.2.3條規定,帶轉換層的高層建筑結構,8度抗震設計時轉換構件應考慮豎向地震影響。 3.地震作用調整 1）、最小地震剪力調整：:新規范5.2.5條規定,抗震驗算時,結構任一樓層的水平地震的剪重比不應小于表5.2.5給出的最小地震剪力系數λ。對于豎向不規則結構的薄弱層,尚應乘以1.15的增大系數。 2)、0.2Q0調整：新規范6.2.13條規定,側向剛度沿豎向分布基本均勻的框一剪結構,任一層框架部分的地震剪力,不應小于結構底部總地震剪力的20%和按框-剪結構分析的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值。 3)、邊榀地震作用效應調整：新規范5.2.3條規定,規則結構不進行扭轉禍連計算時,平行于地震作用方向的兩個邊桶,其地震作用效應應乘增大系數。一般情況下,短邊可按1.15采用,長邊可按1.05采用:當扭轉剛度較小時,宜按不小于1.3采用。軟件未執行這一條。 4)、豎向不規則結構地震作用效應調整：新規范3.4.3條規定,豎向不規則的建筑結構,其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數:新高規5.1.14條規定,樓層側向剛度小于上層的70%或其正二層平均值的80%時,該樓層地震剪力應乘1.15增大系數;新規范3.4.3條規定,堅向不規則的建筑結構,豎向抗側力構件不連續時,該構件傳遞給水平轉換構件的地震內力應乘以1.25-1.5的增大系數。 5〉、轉換梁地震作用下的內力調整：新高規10.2.23條規定,轉換梁在特一級和一、二級抗震設計時,其地震作用下的內力分別放大1.8、1.5、1.25倍。 6)、框支柱地震作用下的內力調整：新高規10.2.7條規定,框支柱數目不多于10根時:當框支層為1一2層時各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的2%當框支層為3層及3層以上時,各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%:框支柱數目多于10根時,當框支層為1一2層時每層框支柱所承受剪力之和應取基底剪力20%,當框支層為3層及3層以上時,每層框支柱所承受剪力之和應取基底剪力3。她框支柱剪力調整后,應相應調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩,框支柱的軸力可不調整。 4．作用效應組合 1)、作用效應組合基本公式非抗震設計時由可變荷載控制的組合zs=γGSGK+γJQJZ的iYQiSω非抗震設計時由永久荷載控制的組合zs=γGSGK+立的hSQik抗震設計時的組合。 2)、恒荷載作用的分項系數：當其對結構不利時,對于可變荷載效應控制的組合,應取1.2,對于永久荷載效應控制的組合,應取l.35:當其對結構不利時,一般應取1.0。 3)、可變荷載作用的分項系數和組合值系數：一般應取l.4；對于標準值大于4.OKN/m2的工業房屋樓面結構的活荷載應取1.3；樓面活荷載的組合值系數見荷載規范表4.1.1,取值范圍在0.7-0.9之間；風荷載的組合值系數為0.6；與地震作用效應組合時風荷載的組合系數為0.2。 4)、地震作用的分項系數：一般應取1.3:當同時考慮水平、豎向地震作用時,應取0.5。 5〉、重力荷載代表值：新抗震規范5.1.3條規定,建筑的重力荷載代表值應取結構和構配件自重標準值和各可變荷載組合值之和。各可變荷載組合值系數,應按表5.1.3采用。(與荷載規范表4.1.1不同〉 5.設計內力調整 1)、梁設計剪力調整：抗震規范第6.2.4條和高規第6.2.5、7.2.21條規定,抗震設計時,特一、一、二、三級的框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁,其梁端截面組合的設計剪力值應調整。 2)、柱設計內力調整：為了體現抗震設計中強柱弱梁概念設計的要求,抗震規范第6.2.2、6.2.3、6.2.6、6.2.10條和高規第4.9.2條規定抗震設計時,特一、一、二、三級的框架柱、框架結構的底層柱下端截面、角柱、框支柱的組合設計內力值應調整。 3)、剪力墻設計內力調整：高規第7.2.10、10.2.14、4.9.2條規定,抗震設計時,特一、一、二、三級的剪力墻底部加強區和非加強區截面組合的設計內力值應調整。 6.結構整體性能控制 1)、位移控制：新高規的4.3.5條規定,樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角,A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應大于該樓層平均值的1.5倍,B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑,不應大于該樓層平均值的1.3倍。 2)、周期控制：新高規的4.3.5條規定,結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比,A級高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.850。 3〉、層剛度比控制：新抗震規范附錄E2.1規定,筒體結構轉換層上下層的側向剛度比不宜大于2；新高規的4.4.3條規定,抗震設計的高層建筑結構,其樓層側向剛度不宜小于相臨上部樓層側向剛度的70%或其上相臨三層側向剛度平均值的80%；新高規的5.3.7條規定,高層建筑結構計算中,當地下室的頂板作為上部結構嵌固端時,地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的2倍:新高規的10.2.6條規定,底部大空間剪力墻結構,轉換層上部結構與下部結構的側向剛度,應符合高規附錄D的規定。 D.0.1：底部大空間為一層的部分框支剪力墻結構,可近似采用轉換層上、下層結構等效剛度比γ表示轉換層上、下層結構剛度的變化,非抗震設計時γ不應大于3,抗震設計時不應大于2。 D.0.2：底部為2-5層大空間的部分框支剪力墻結構,其轉換層下部框架一剪力墻結構的等效側向剛度與相同或相近高度的上部剪力墻結構的等效側向剛度比γe宜接近1,非抗震設計時不應大于2,抗震設計時不應大于1.3。 4)、層剛度比計算： 高規附錄D.0.l建議的方法一剪切剛度Ki=Gi Ai/hI 高規附錄D.0.2建議的方法一剪彎剛度Ki=A i/Hi 抗震規范的3.4.2和3.4.3條文說明中建議的計算方法: Ki=Vi /A Iji 新規范軟件中提供前兩種算法。 5)、框剪結構中框架承擔的傾覆力矩計算；新抗震規范第6.1.3條、高規8.1.3條規定,框架一剪力墻結構,在基本振型地震作用下,若框架部分承擔的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50%,其框架部分的抗震等級應按框架結構確定,柱軸壓比限值宜按框架結構采用。抗震規范第6.1.3條的條文說明給出了框架部分承擔的傾覆力矩的計算方法zMC=ZZVjh 7.結構構件設計計算 1〉、柱軸壓比計算：新抗震規范6.3.7條、高規的6.4.2條和混凝土規范的11.4.16條,都規定了柱軸壓比的限值,并規定建造于IV類場地且較高的高層建筑柱軸壓比限值應適當降低。柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比:可不進行地震計算的結構,取無地震作用組合的軸壓力設計值: 2)、剪力墻軸壓比計算：新抗震規范6.4.6條、高規的7.2.14條和混凝土規范的11.7.13條,都規定了剪力墻軸壓比的限值。目前新規范程序給出各個墻肢的軸壓比。 3)、剪力墻強區：底部加新抗震規范和新高規對剪力墻結構底部加強部位的定義略有不同,分別定義如下: 新抗震規范6.1.10條規定,部分框支抗震墻結構的抗震墻,其底部加強部位的高度,可取框支層加上框支層以上兩層的高度及落地抗震墻總高度的l/8二者的較大值,且不大于15m,其它結構的抗震墻,其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部二層高度二者的較大值,且不大于15m。 新高規的7.1.9條規定,一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的l/8和底部二層高度二者的較大值,當剪力墻高度超過150m時,其底部加強部位的范圍可取墻肢總高度的1/10。新高規的10.2.5條規定,帶轉換層的高層建筑結構,剪力墻結構底部加強部位可取框支層加上框支層以上兩層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。 4)、剪力墻的約束邊緣構件和構造邊緣構件： 新高規的7.2.15條規定,抗震設計時,一、二級剪力墻結構底部加強部位及以上一層的墻肢設置約束邊緣構件,一、二級剪力墻的其它部位以及三、四級和非抗震設計的剪力墻墻肢均應設置構造邊緣構件。 5)、梁、柱、支撐、墻配筋計算： 基本構件的設計公式都有不同程度改變。應用SATWE軟件的幾點問題在應用2002新規范版SATWE軟件計算鋼筋混凝土結構的工程實踐中,就本人兒點認識,提出來和大家討論(SATWE軟件版本為2002年12月)。 1.剪力墻配筋 SATWE根據新規范計算剪力墻配筋,增加了邊緣構件計算,因此在其傳統的平面配筋簡圖中表示的剪力墻墻柱(暗柱、端柱和翼墻)配筋不再作為配筋設計的直接依據,僅作為參考保留,設計墻柱配筋時應根據邊緣構件配筋簡圖或剪力墻邊緣構件輸出文件SatbInb.out進行設計。但是SATWE目前還未將平面配筋簡圖和邊緣構件配筋簡圖的內容結合在同一圖形內統一表達,所以對墻體水平配筋值和超限信息依舊在平面配筋簡圖中表示,邊緣構件配筋簡圖中僅表示墻柱設計配筋值及截面尺寸。因為平面配筋簡圖早為大家所熟知,而且比目前的邊緣構件配筋簡圖和文本文件都來得直觀,所以希望SATWE軟件在這方面進行改進,以方便設計者使用。 在目前的平面配筋簡圖中表示的墻柱配筋值指的是計算值而非設計值,未考慮最小配筋率等構造要求,當某段墻肢墻柱配筋值顯示為0時,則表示該墻柱為構造配筋。需要注意的是,在邊緣構件配筋簡圖中,雖然軟件自動計算了墻柱的截面尺寸,但是出于某些原因該尺寸可能并不一定符合實際情況,需要設計者在設計時予以調整。另外,對頂部有小塔樓的結構,SATWE在計算底部加強部位范圍時,對墻肢總高度的取值,是按首層樓面至小塔樓屋面的總高度計算的而不是按各墻肢自身總高度分別計算的,程序自動將底部加強部位向上延伸一層計算約束邊緣構件。 2.地下室結構' 當墻體為擋土墻時,軟件目前并未在平面配筋簡圖中給出墻體在平面外受力的配筋,所以若想得到這類墻體的配筋數據,應在文本文件中查詢與該層對應的配筋文件。但是由于實際工程中情況千變萬化,而軟件又有一定的適用范圍,所以對地下室擋土墻的計算還是以手算為好,當采用軟件計算結果時,應注意人工復核。另外,對于有窗井的地下室結構,可以在PMCAD中建模,窗井頂部設置為全房間洞,SATWE軟件可以計算窗井隔墻對豎向構件的側向作用。對計算結果,亦應注意人工復核。 3.帶地下室結構嵌固層的選取 《高層建筑混凝土結構技術規程》第5.3.7條規定,當地下室頂板作為上部結構的嵌固層時,地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部樓層側向剛度的2倍,而規范中設計內力調整系數所對應的底層即指嵌固層樓板。因此,正確選取嵌固層就成為結構整體計算是否正確的關鍵。但是目前軟件尚無法自動判斷嵌固層位置,而且工程實踐中情況千差萬別,要求軟件做到自動判斷亦十分困難,仍然需要設計者進行人工干預,軟件為此提供了必要的條件。首先可以按實際地下室層數進行第一次計算,查文本文件中的"結構設計總信息",軟件自動計算了樓層上下側向剛度,這是結構自身的固有性質,不會因地下室層數的變化而改變,據此可以判斷嵌固層的位置(當然,對一般工程來說,也可以根據規范提供的公式手算樓層側向剛度比〉。然后根據嵌固層位置調整計算參數中的"地下室層數"進行第二次計算,SATWE將設計內力調整系數作用在地下室頂板上。但是對實際工程,地下室結構一般都有側向土體約束,對帶有多層地下室的結構,當地下室頂板不能作為嵌固層時,單純將地下結構加入到主體結構中進行計算,即認為嵌固層位置在地下二層樓板處或更低,則可能造成結構的內力與位移計算結果不符合實際情況,甚至導致薄弱層位置變化等等。因此在設計時,應將兩種計算結果進行比較,取最不利結果作為設計依據。應注意,SATWE允詐利用"地下室信息"里的"回填土對地下室約束剛度比"參數來控制地下室結構的水平位移,但是這一參數并不影響設計內力調整系數作用位置。另外,《建筑抗震設計規范》中關于"位于地下室頂板的梁柱節點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和"的規定,目前軟件還沒有考慮。 4.結構扭轉周期計算 計算扭轉時應按剛性板假定進行,而不應設置彈性板,否則計算出來的結構扭轉周期和結構位移是不真實的。因此,當結構計算中需要指定某些板塊為彈性板時,應先按無彈性板模型考查結構扭轉是否合格,配筋設計時取兩種模型計算的最不利結果作為設計依據。值得注意的是,不論是采用剛性板假定還是彈性板假定的計算,均要求每個方向結構的有效質量系月數不小于90%。 5.錯層結構的輸入 SATWE軟件可以進行錯層結構的計算,方法是在PMCAD建模時按實際情況輸入錯層平面,即對應每個錯層平面應建立兩個標準層,并將沒有樓板的部分設置為全房間洞,SATWE軟件會自動搜索判斷錯層并計算結構內力。在用PMCAD建模時,"輸入次梁樓板"菜單里的兩個參數"樓板錯層"和"梁錯層",常引起設計者的誤會,以為這兩個參數就是用來計算錯層的,其實這兩個參數 只影響畫圖,而不能用來計算錯層。建議PMCAD在這里做一個提示,以免設計者因誤會而造成錯誤。工程中有時會遇到剪力墻上因錯層而造成門窗洞口被分為上下兩部分的情況,此時應在洞口兩側增加節點,使下部墻體成為相互獨立的兩段墻,并在上部按實際連梁高度輸入主梁。對于多塔結構,當各塔層高不同時,有的設計者也將其按錯層輸入,這是不正確的。對這種情況,可以在PMC AD建模時先按一種層高建模,然后在SATWE的"多塔樓定義"里,修改各塔層高。當然,在修改層高之前別忘了按實際情況先設置多塔。 6.當某洞頂連梁(按洞口輸入而不是按主梁輸入)高度小于300m時,SATWE在計算內力時將忽略該梁的存在,亦不計算其配筋。對某些連梁超限的情況,當其破壞對承受豎向荷載無明顯影響時,可考慮在大震作用下該連梁不參與工作,按獨立墻肢進行第二次多遇地震作用下結構內力分析。為此,可以調整結構計算模型中的洞口高度,使洞頂連梁高度小于300,從而實現這一目的,避免了增加節點設置主梁的麻煩。配筋設計時,墻肢應按兩次計算所得的較大內力進行配筋設計,連梁按實際截面計算,縱筋可按2.0%~2.5%的配筋率配置,并按實際配筋面積反算連梁彎矩來計算所需的箍筋面積,做到"強剪弱彎"。 7.在SATWE"分析與設計參數補充定義"中,對考慮了雙向地震力作用的結構,不應同時考慮按雙偏壓方法計算一般框架柱配筋。一般來說,對異型枉、角枉,應采用雙偏壓計算,對一般框架柱,則可以采用單偏壓計算。需要指出的是,目前SATWE雖然要求設計者在"特殊構件補充定義"里定義角柱,但在結構計算時,如果設計者沒有選擇"按雙偏壓計算柱",則軟件并不按雙偏壓方法計算設計者定義的角柱。所以,對框架角柱來說,應進行雙偏壓的補充驗算。[PKPM 2003.1 P19] ◆ 樓層最小地震剪力系數λ(剪質比)7度區0.016。《抗震》5.2.5 ◆ 大開洞問題：《高規》4.3.6-8 ◆ 彈性層間位移角限值［θe］：《抗震》5.5.1 ◆ 薄弱層彈塑性層間位移角限值［θp］：《抗震》5.5.5 ◆ “剛域”：《高規》5.3.4 ◆規則結構不進行扭轉耦聯計算時……《抗震》5.2.3 建筑結構估計水平地震作用扭轉影響時，應按下列規定計算其地震作用和作用效應：1 規則結構不進行扭轉耦聯計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀，其地震作用效應應乘以增大系數。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用；當扭轉剛度較小時宜按不小于1.3采用2扭轉耦聯振型分解法計算時各樓層可取兩個正交的水平位移和一個轉角共三個自由度并應按下列公式計算結構的地震作用和作用效應確有依據時尚可采用簡化計算方法確定地震作用效應。 ◆ (頂塔樓)突出屋面梯間等放大系數3，《抗震》5.2.4-采用底部剪力法時，突出屋面的屋頂間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應，宜乘以增大系數3，此增大部分不應往下傳遞,但與該突出部分相連的構件應予計入；采用振型分解法時，突出屋面部分可作為一個質點；單層廠房突出屋面天窗架的地震作用效應的增大系數，應按本規范9章的有關規定采用。 ◆ 結構安全等級：分三級。一般建筑為二級。《混凝土結構設計規范》――3.2.1 ◆ 裂縫控制等級：分三級。《混凝土結構設計規范》3.3.3 ◆ 耐久性規定（環境類別）：《混凝土結構設計規范》3.4.1 摘要： 這是本人10年結構設計經驗的總結，屬于一家之言，看看也好，別太當真。歡迎交流探討指教。 關鍵詞： 結構設計 這是本人10年結構設計經驗的總結，屬于一家之言，看看也好，別太當真。歡迎交流探討指教。 1. 關于箱、筏基礎底板挑板的陽角問題： （1）.陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，干脆砍了。可砍成直角或斜角。 （2）.如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋，誰見過獨立基礎加輻射筋的？當然加了也無壞處。（獨立基礎接近剛性角與薄底板受力差之遠矣。獨立基礎有裂縫無妨，懸挑底板縱向為構造筋至陽角處雙向為構造，加放射筋能抵抗集中應力，防止漏水，豈能馬虎。） （3）.如果甲方及老板不是太可惡的話，可將懸挑板的單向板的分布鋼筋改為直徑12的，別小看這一改，一個工程省個3、2萬不成問題。 2. 關于箱、筏基礎底板的挑板問題： （1）.從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約。 （2）.出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基。必要時可加較大跨度的周圈窗井。 （3）.能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜。 （4）.窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內部墻體連通時，可靈活考慮。 （5）.當地下水位很高，出基礎挑板，有利于解決抗浮問題。 （6）.從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。當為多層建筑時，結構也可謙讓一下建筑。 3. 關于箍筋在梁配筋中的比例問題（約10~20%）： 例如一8米跨梁，截面為400X600，配筋：上6根25，截斷1/3，下5根25，箍筋：8@100/200（4），1000范圍內加密。縱筋總量：3.85*9*8=281kg，箍筋：0.395*3.5*50=69，箍筋/縱筋=1/4，如果雙肢箍僅為1/8，箍筋相對縱筋來講所占比例較小，故不必在箍筋上摳門。且不說要強剪弱彎。已經是構造配箍除外。 4. 關于梁、板的計算跨度： 一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規定和概念僅適用于常規的結構設計，在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結構，簡單點講，可認為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統一認為是一變截面板。在扁梁結構中，梁高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用臺階式獨立基礎變截面處的概念）柱子也可認為是超大截面梁，所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。 5. 縱筋搭接長度為若干倍鋼筋直徑d，一般情況下，d取鋼筋直徑的較小值，這是有個前提，即大直徑鋼筋強度并未充分利用。否則應取鋼筋直徑的較大值。如框架結構頂層的柱子縱筋有時比下層大，d應取較大的鋼筋直徑，甚至縱筋應向下延伸一層。其 實，兩根鋼筋放一起，用鐵絲捆一下，能起多大用，還消弱了鋼筋與混凝土的握裹力。所以，鋼筋如有可能盡量采用機械連接或焊接。（錨固搭接全靠混凝土握裹，鐵絲捆一下僅作鋼筋定位，如非受拉，遠比焊接可靠.機械聯接成本過高，若非鋼筋直徑過大（）25），能省則省。） 6. 鋼筋錨固長度為若干倍鋼筋直徑d，這是在鋼筋強度被充分利用的前提下的要求，在鋼筋強度未被充分利用時，如梁上小挑沿縱筋，剪力墻的水平筋端部等，錨固長度可折減。如剪力墻的水平筋端部僅要求有10d的直鉤即可。 7. 柱子造價在框架結構中是很小的，而在抗震時起的作用是決定性的。經實驗，考慮空間作用時，柱子縱筋加大至計算值的2.5倍左右才可保證塑性鉸不出現在柱子上。可不按計算配筋，大幅度增加縱筋，同時增大箍筋。（加大柱配筋能保證塑性鉸不出現在柱子上，實驗依據何在。常規0.8~1.0%柱配筋x2.5=2.0~2.5%，高得離譜。） 8. 抗震縫應加大，經統計，按規范要求設的防震縫在地震時有40%發生了碰撞。故應增大抗震縫間距。 9. 錨固？搭接？：例如，中柱節點處，框架梁下縱筋錨入柱內LAE，其搭接長度：2*LAE-柱寬，如鋼筋直徑25，LAE=40D，柱寬500，2*25*40-500=1500，既其搭接長度，已經達到了1500，遠大于1.2*LAE=1200.而柱變斷面，如上下柱斷面相差50，上柱錨入下柱40D，此處按錨固還時搭接？ 10. 關于回彈再壓縮：基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。 11. 柱下條基一般認為在剛度較大，柱子軸力和跨度相差不大時，可按倒樓蓋計算。實際大部分都可以按倒樓蓋計算。即采用修正倒樓蓋。先按平均反力計算連續梁，然后將求得的支座反力與柱子軸力相平衡，將差值的正值加到柱兩邊的1/3梁上，負值加在梁跨中1/3，相對來講，跨中1/3的壓應力較小。可能要修正多次，直到支座反力與柱子軸力接近平衡。 12. 主梁有次梁處加附加筋：一般應優先加箍筋，附加箍筋可認為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側補上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應絕對。規范說的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應加附加筋。當主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋。總的原則，當主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產生的剪力在整個梁范圍內是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。話又說回來，也不差幾根箍筋。但有時畫圖想偷懶時可用此與老總狡辯。 13. 一般情況下，懸挑梁宜做成等截面，尤其出挑長度較短時。與挑板不同，挑梁的自重占總荷載的比例很小，作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋，每個都不一樣，加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當然，大挑梁外露者除外。外露的大挑梁，適當變截面感官效果好些。 14. 現澆板一般應做成雙向板。其一，雙向板的支承邊多，抗震的穩定性好，垮了兩邊還有兩邊。單向板垮一邊板就下來了。二，雙向板經濟。從計算上講，例如四邊簡支支承的雙向板，其單向跨中彎距系數約1/27，兩邊簡支的單向板跨中彎距系數為1/8，二者比為2*1/27 / 1/8，約為60%.從構造上，雙向板的板厚為1/40~50，單向板為1/3~40，雙向板薄，再著，即使是單向板，其非受力邊也得放構造筋。 15. 梁墊：為了減小支座反力偏心對磚墻體產生的附加彎距，可做成內缺口梁墊。 16. 一般認為，板的上筋直徑為8以上時，可防止施工時踩彎，而現場經驗看，只有螺紋12以上的才能保證。 17. 現澆陽臺欄板，從施工條件來講，當布單排筋時，板厚應大于80，雙排筋時，應大于120.因振搗棒最小為30，布單排筋時，板厚如為60，雙向鋼筋直徑如為8+6，則鋼筋兩邊僅剩23，無法振搗。 18. 當某一房間采用雙向井字次梁時，板應考慮整體彎距。即，井字次梁分隔成的4個角上的小板塊，負筋應考慮按房間開間進深尺寸截斷，而不是僅僅按本小板格截斷。即次梁僅認為是大板的加勁肋。 19. 當建筑大多數房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎板厚會造成浪費，而按小房間確定則造成配筋困難，當承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎板厚。 20. 挑梁端部的撓度并不完全取決于本身的變形，其支座內垮的影響很可能超過挑梁本身的變形。 |
