薄琳琳

摘 要：位移比、周期比、剛度比三個(gè)極其重要的參數(shù)進(jìn)行判讀、控制與調(diào)整。

關(guān)鍵詞：高層建筑；位移比；周期比；剛度比

隨著城市的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑的應(yīng)用日益廣泛。由于高層建筑相對(duì)較柔，水平荷載作用效應(yīng)明顯，在滿足使用條件下如何才能達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須去追求與面對(duì)的。對(duì)于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，位移比、周期比、剛度比是保證結(jié)構(gòu)規(guī)則、安全、經(jīng)濟(jì)的三個(gè)極其重要的參數(shù)，《抗震規(guī)范》；《混凝土規(guī)范》；《高規(guī)》均在相關(guān)章節(jié)對(duì)以上“三個(gè)比”進(jìn)行了嚴(yán)格控制。各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件也對(duì)這“三個(gè)比”有詳細(xì)的電算結(jié)果輸出，便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析與調(diào)整。本文僅以我國(guó)目前較為權(quán)威且應(yīng)用最為廣泛的PKPM軟件中的SATWE程序的電算結(jié)果，結(jié)合規(guī)范條文的要求，談?wù)勅绾螌?duì)位移比、周期比、剛度比三個(gè)比值電算結(jié)果進(jìn)行判讀、控制與調(diào)整。

1 位移比（層間位移比）

1.1 相關(guān)規(guī)范條文的控制

[抗規(guī)]3.4.2條規(guī)定，建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則，對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性，當(dāng)存在結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），不宜大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍。

[高規(guī)]4.3.5條規(guī)定，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A、B級(jí)高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1..5倍，B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。

[高規(guī)]4.6.3條規(guī)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(yīng)滿足以下要求：

結(jié)構(gòu)體系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。

1.2 電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)

PKPM軟件中的SATWE程序?qū)γ恳粯菍佑?jì)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(yīng)的比值，詳位移輸出文件WDISP.OUT。但對(duì)于計(jì)算結(jié)果的判讀，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）若位移比（層間位移比）超過(guò)1.2，則需要在總信息參數(shù)設(shè)置中考慮雙向地震作用；

（2）驗(yàn)算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗(yàn)算層間位移角則不需要考慮偶然偏心。

（3）驗(yàn)算位移比應(yīng)選擇強(qiáng)制剛性樓板假定，但當(dāng)凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時(shí)，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型，當(dāng)平面不對(duì)稱時(shí)尚應(yīng)計(jì)及扭轉(zhuǎn)影響。

2 周期比

2.1 相關(guān)規(guī)范條文的控制

[高規(guī)]4.3.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比（即周期比），A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

[高規(guī)]5.1.13條規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)不應(yīng)小于9，抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭藕連計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不小于15，對(duì)于多塔樓結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。

2.2 電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)

（1）計(jì)算結(jié)果詳周期、地震力與振型輸出文件。因SATWE電算結(jié)果中并未直接給出周期比，故對(duì)于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)，需人工按如下步驟驗(yàn)算周期比：

①根據(jù)各振型的兩個(gè)平動(dòng)系數(shù)和一個(gè)扭轉(zhuǎn)系數(shù)（三者之和等于1）判別各振型分別是扭轉(zhuǎn)為主的振型（也稱扭振振型）還是平動(dòng)為主的振型（也稱側(cè)振振型）。一般情況下，當(dāng)扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5時(shí)，可認(rèn)為該振型是扭振振型，反之應(yīng)為側(cè)振振型。當(dāng)然，對(duì)某些極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還應(yīng)結(jié)合主振型信息來(lái)進(jìn)行判斷；

②周期最長(zhǎng)的扭振振型對(duì)應(yīng)的就是第一扭振周期Tt，周期最長(zhǎng)的側(cè)振振型對(duì)應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1；

③計(jì)算Tt/T1，看是否超過(guò)0.9（0.85）。

對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)周期比，不能直接按上面的方法驗(yàn)算，這時(shí)應(yīng)該將多塔結(jié)構(gòu)分成多個(gè)單塔，按多個(gè)結(jié)構(gòu)分別計(jì)算、分別驗(yàn)算（注意不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔，而是按塔分成多個(gè)結(jié)構(gòu)）。

（2）對(duì)于剛度均勻的結(jié)構(gòu)，在考慮扭轉(zhuǎn)耦連計(jì)算時(shí)，一般來(lái)說(shuō)前兩個(gè)或幾個(gè)振型為其主振型，但對(duì)于剛度不均勻的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，上述規(guī)律不一定存在。總之在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使得扭轉(zhuǎn)振型不應(yīng)靠前，以減小震害。SATWE程序中給出了各振型對(duì)基底剪力貢獻(xiàn)比例的計(jì)算功能，通過(guò)參數(shù)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(gè)振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每個(gè)振型對(duì)基底剪力的貢獻(xiàn)大小。

（3）振型分解反應(yīng)譜法分析計(jì)算周期，地震力時(shí)，還應(yīng)注意兩個(gè)問(wèn)題，即計(jì)算模型的選擇與振型數(shù)的確定。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)全樓作剛性樓板假定后，計(jì)算時(shí)宜選擇“側(cè)剛模型”進(jìn)行計(jì)算。而當(dāng)結(jié)構(gòu)定義有彈性樓板時(shí)則應(yīng)選擇“總剛模型”進(jìn)行計(jì)算較為合理。至于振型數(shù)的確定，應(yīng)按上述[高規(guī)]5.1.13條執(zhí)行，振型數(shù)是否足夠，應(yīng)以計(jì)算振型數(shù)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%作為唯一的條件進(jìn)行判別。

3 剛度比

3.1 相關(guān)規(guī)范條文的控制

[抗規(guī)]附錄E2.1規(guī)定，筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下層的側(cè)向剛度比不宜大于2；

[高規(guī)]4.4.2條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)，其樓層側(cè)向剛度不宜小于相臨上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相臨三層側(cè)向剛度平均值的80%；

[高規(guī)]5.3.7條規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍；

[高規(guī)]10.2.3條規(guī)定，底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，應(yīng)符合高規(guī)附錄E的規(guī)定：

E.01）底部大空間為一層的部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剛度比γ表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)γ不應(yīng)大于3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2。

E.02）底部大空間層數(shù)大于一層時(shí)，其轉(zhuǎn)換層上部框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的與底部大空間層相同或相近高度的部分的等效側(cè)向剛度與轉(zhuǎn)換層下部的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比γe宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于2，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1.3。

3.2 電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)

（1）規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)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(jì)算。對(duì)于有彈性板或板厚為零的工程，應(yīng)計(jì)算兩次，在剛性樓板假定條件下計(jì)算層剛度比并找出薄弱層，然后在真實(shí)條件下完成其它結(jié)構(gòu)計(jì)算。

（2）層剛比計(jì)算及薄弱層地震剪力放大系數(shù)的結(jié)果詳建筑結(jié)構(gòu)的總信息WMASS.OUT。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度應(yīng)該是沿高度均勻或沿高度逐漸減少，但對(duì)于框支層或抽空墻柱的中間樓層通常表現(xiàn)為薄弱層，由于薄弱層容易遭受嚴(yán)重震害，故程序根據(jù)剛度比的計(jì)算結(jié)果或?qū)娱g剪力的大小自動(dòng)判定薄弱層，并乘以放大系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)然，薄弱層也可在調(diào)整信息中通過(guò)人工強(qiáng)制指定。

（3）對(duì)于上述三種計(jì)算層剛度的方法，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇：對(duì)于底部大空間為一層時(shí)或多層建筑及磚混結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇“剪切剛度”；對(duì)于底部大空間為多層時(shí)或有支撐的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇“剪彎剛度”；而對(duì)于通常工程來(lái)說(shuō)，則可選用第三種規(guī)范建議方法，此法也是SATWE程序的默認(rèn)方法。