【摘要】框架結(jié)構(gòu)通常用PKPM計(jì)算程序來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文整理分析了SATWE計(jì)算結(jié)果中的部分參數(shù)，提出了相關(guān)注意事項(xiàng)，以求達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際情況，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者進(jìn)行參考。

【關(guān)鍵詞】 層間剛度比、剛重比、周期比、有效質(zhì)量系數(shù)、剪重比、位移比

一般來(lái)講，對(duì)于框架結(jié)構(gòu)在 SATWE計(jì)算結(jié)果 文本文件輸出 中我們最主要看的就是前3項(xiàng)：1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息（WMASS.OUT）、2.周期 振型 地震力（WZQ.OUT）、3.結(jié)構(gòu)位移（WDISP.OUT）。其它各項(xiàng)則在有需要時(shí)針對(duì)性查看。這里我們主要詳細(xì)介紹最常用的前3項(xiàng)計(jì)算結(jié)果分析。

一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息（WMASS.OUT）

1、層間剛度比：剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則性和判斷薄弱層的重要指標(biāo)?！陡咭?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)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70% 或其上三層側(cè)向剛度平均值的80% ”。當(dāng)不滿足本條時(shí)，按照5.1.14條規(guī)定，“其薄弱層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù) ”。

本參數(shù)可調(diào)可不調(diào)，因程序會(huì)自動(dòng)判定是否因剛度比突變出現(xiàn)薄弱層，并自動(dòng)對(duì)薄弱層放大地震剪力。但建議盡量調(diào)整滿足使得結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則，避免豎向剛度上大下小的雞腿建筑出現(xiàn)。且對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層屬于樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)形成的薄弱層，不論層間剛度比是多少，都應(yīng)該將該層設(shè)置為薄弱層。

2、剛重比：是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載的比值。它控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的重要指標(biāo)。重力二階效應(yīng)（P-Δ效應(yīng)）產(chǎn)生的原因主要有兩方面：1是因?yàn)閯偠忍?，而頂部荷載又很大，在建筑彎曲時(shí)，偏移太多產(chǎn)生了重力彎矩M = GΔ（情況1圖）。2是因重力太小，而剛度又很大時(shí)，壓不住整樓，使建筑在水平力下產(chǎn)生了整體的傾覆（見(jiàn)情況2圖）。

高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)（P-Δ效應(yīng)）不至過(guò)大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌。若顯示“能夠通過(guò)高規(guī)（5.4.4）整體穩(wěn)定驗(yàn)算”，則表示剛重比滿足要求。否則應(yīng)回到參數(shù)選項(xiàng)中選定“考慮P-Δ效應(yīng)”重新計(jì)算，但要盡量調(diào)整結(jié)構(gòu)布局使其滿足不考慮重力二階效應(yīng)。剛重比不滿足規(guī)范要求時(shí)，通常是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高寬比不合理造成的，或者加大抗側(cè)力構(gòu)件（墻、柱）剛度。

另外本結(jié)果并不一定就存在于高層建筑中。有時(shí)在單層或多層房屋中當(dāng)重力荷載大而豎向剛度又很?。ū热绱蠛奢d大層高的鋼結(jié)構(gòu)）時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)重力二階效應(yīng)的現(xiàn)象。所以對(duì)于這類(lèi)結(jié)構(gòu)要留意檢查本結(jié)果是否滿足規(guī)范要求。

二、周期 振型 地震力（WZQ.OUT）

1、周期：分為平動(dòng)周期和扭轉(zhuǎn)周期。要求扭轉(zhuǎn)周期不能出現(xiàn)在第1振型，避免出現(xiàn)在第2振型，最好是出現(xiàn)在越靠后的振型越好。而劃分平動(dòng)振型還是扭轉(zhuǎn)振型要看平動(dòng)系數(shù)和扭轉(zhuǎn)系數(shù)誰(shuí)占主導(dǎo)地位（最好是大于0.8，至少也要大于0.55）。同時(shí)還要將第一X向平動(dòng)周期和第一Y向平動(dòng)周期計(jì)算結(jié)果帶回到前面SATWE參數(shù)中輸入后重新計(jì)算（劃分平動(dòng)系數(shù)是X向還是Y向則看“平動(dòng)系數(shù)（X+Y）”中是X向的系數(shù)占主導(dǎo)地位還是Y向的），特別是在高層建筑中一定要將本計(jì)算結(jié)果帶回到參數(shù)中重新計(jì)算，以免影響風(fēng)荷載的準(zhǔn)確計(jì)算。

必要時(shí)要查看該振型在“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖”中是否能引起結(jié)構(gòu)的整體振動(dòng)，局部振動(dòng)周期是不能作為第一周期的。結(jié)構(gòu)有時(shí)某一振型的振動(dòng)實(shí)際上并不是整個(gè)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)振型，而是某一根大跨度梁的震動(dòng)（比如混凝土框架上配輕鋼屋面中的屋面大鋼梁）。

2、周期比：是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)，目的是控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形要小于結(jié)構(gòu)的平動(dòng)變形，周期比不是要去結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是要去結(jié)構(gòu)剛度布局合理，避免結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)破壞?！陡咭?guī)》4.3.5條規(guī)定，“結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自震周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.85”。但是本計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)在多層砼結(jié)構(gòu)中未見(jiàn)要求，因此多層建筑中本參數(shù)應(yīng)該不起決定作用（個(gè)人理解）。

周期比就是要找出第一平動(dòng)振型周期和第一扭轉(zhuǎn)振型周期。即在平動(dòng)振型中和扭轉(zhuǎn)振型中分別找出周期最長(zhǎng)的振型為第一平動(dòng)振型周期和第一扭轉(zhuǎn)振型周期，計(jì)算周期比。（注意：1、在符合剛性樓板假定的結(jié)構(gòu)中，周期比計(jì)算應(yīng)在剛性樓板假定下進(jìn)行，對(duì)于不適合剛性樓板假定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不宜采用周期比控制；2、對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)，各個(gè)塔樓宜分別單獨(dú)計(jì)算周期比）。如果周期比不滿足要求，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，對(duì)抗震不利，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

周期比調(diào)整原則如下：1）、結(jié)構(gòu)抗測(cè)力構(gòu)件的布局應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)。2）、增加結(jié)構(gòu)周邊剛度，如增大周邊柱截面，加高邊梁高度，加厚周邊板厚，增設(shè)周邊剪力墻等。3）、降低結(jié)構(gòu)中間部位的剛度，如：減小柱截面，中間部位剪力墻開(kāi)洞等。

3、地震作用最大的方向：地震沿不同方向作用時(shí)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的大小一般也不相同，從嚴(yán)格意義上講，規(guī)范中所講的主軸是指地震沿該軸方向作用時(shí)，結(jié)構(gòu)只發(fā)生沿該軸方向的側(cè)移而不發(fā)生扭轉(zhuǎn)位移的軸線。當(dāng)結(jié)構(gòu)不規(guī)則時(shí)，地震作用的主軸方向就不一定是0°和90°。程序不會(huì)自動(dòng)判定，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算結(jié)果看“地震作用最大方向的這個(gè)角度與主軸夾角如果大于±15°時(shí)，側(cè)要將該角度帶回到前面SATWE參數(shù)中重新計(jì)算。

而帶回輸入地震作用最不利角度時(shí)有兩種方法，1）、是在“總信息”中“水平力與整體坐標(biāo)夾角”中輸入，但是本處輸入會(huì)帶來(lái)圖形旋轉(zhuǎn)，給后續(xù)畫(huà)圖，配筋帶來(lái)不便，且有時(shí)基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)還會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。2）、是在“地震信息”中的“斜交抗側(cè)力構(gòu)件方向附加地震數(shù)及相應(yīng)角度”中輸入。本處輸入的好處是不會(huì)給圖形帶來(lái)旋轉(zhuǎn)，建議在此輸入。

4、有效質(zhì)量系數(shù)：《抗震》5.2.2條規(guī)定，“振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量90%所需的振型數(shù)”當(dāng)計(jì)算結(jié)果參數(shù)不滿足要求時(shí)應(yīng)回到SATWE參數(shù)中增加振型個(gè)數(shù)重新計(jì)算。必須保證有效質(zhì)量系數(shù)達(dá)到90%，否則計(jì)算振型數(shù)量不夠，說(shuō)明后續(xù)振型產(chǎn)生的地震效應(yīng)被忽略了，地震作用偏小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不安全。但是振型個(gè)數(shù)也不能取的太多，不能多于結(jié)構(gòu)有質(zhì)量貢獻(xiàn)的自由度總數(shù)，比方說(shuō)：當(dāng)采用剛性樓板假定時(shí)，振型個(gè)數(shù)就不能超過(guò)3倍的層數(shù)，因在剛性樓板假定時(shí)，每層作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)只有3個(gè)自由度。而彈性節(jié)點(diǎn)可以取2個(gè)自由度，但是彈性節(jié)點(diǎn)很多，此時(shí)所取的振型個(gè)數(shù)是可以超過(guò)3倍的樓層數(shù)的。

5、剪重比：主要是因?yàn)樵陂L(zhǎng)周期（基本周期大于3.5S的結(jié)構(gòu)）作用下地震影響系數(shù)下降較快（《抗震》圖5.1.5），由此計(jì)算出來(lái)的水平地震作用可能偏小，出于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了各樓層水平地震剪力的最小值，該值如不滿足，說(shuō)明結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)薄弱部位，必須進(jìn)行調(diào)整。

剪重比實(shí)際上就是《抗震》5.2.5公式中的剪力系數(shù)λ，在此要查看各層的剪重比是否大于最小剪重比（λ），否則應(yīng)改進(jìn)結(jié)構(gòu)布局，調(diào)整增大結(jié)構(gòu)剛度。而正確計(jì)算剪重比，必須選取足夠的振型個(gè)數(shù)使有效質(zhì)量系數(shù)先大于90%。但是地下室由于受到回填土的約束作用，可以不考慮剪重比調(diào)整。

三、結(jié)構(gòu)位移（WDISP.OUT）

1、層間位移角：層間最大位移與層高的比值?！犊拐稹?.5.1條規(guī)定了層間位移角限值，位移必須滿足本條要求。限制本計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的：1.是為了保證結(jié)構(gòu)在使用中人體感受的舒適度，2.位移過(guò)大產(chǎn)生的重力二階效應(yīng)（P-Δ效應(yīng)），3.保證主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性手里狀態(tài)，避免砼手里構(gòu)件出現(xiàn)裂縫或裂縫超規(guī)范，4.保證填充墻和各種管線等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好。層間位移角和位移比一樣，都是在剛性；樓板假定下計(jì)算的。

2、位移比：是控制結(jié)構(gòu)整體抗扭特性和平面不規(guī)則的重要指標(biāo)。包括兩項(xiàng)（a.樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與平均水平位移的比值，b.樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移與平均層間位移的比值）?！犊拐稹?.4.3條規(guī)定：當(dāng)位移比大于1.2時(shí)，屬于扭轉(zhuǎn)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用雙向地震作用計(jì)算，但不宜大于1.5。否則應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度布局，使結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心盡量接近，重合最好。

注意如下：1）、規(guī)范規(guī)定位移比是按剛性樓板假定計(jì)算的。所以需要注意的是，在剛性樓板假定下調(diào)整好位移比后，還要在返回SATWE中取消剛性樓板假定后再計(jì)算配筋等計(jì)算結(jié)果。2）、高層建筑位移比應(yīng)考慮偶然偏心的影響，多層建筑可以不考慮。3）、當(dāng)層間位移角很小時(shí)，列如一般結(jié)果層間位移角小于規(guī)范限值的1/2，復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高層結(jié)構(gòu)層間位移角小于規(guī)范限值1/3時(shí)，位移比可以適當(dāng)放寬（如放大20%）。4）、對(duì)于體育場(chǎng)、空曠結(jié)構(gòu)、特殊工業(yè)建筑、錯(cuò)層等結(jié)構(gòu)，由于其豎向構(gòu)件高度不一致，采用強(qiáng)制剛性樓板假定會(huì)帶來(lái)較大的計(jì)算誤差，因此，對(duì)這類(lèi)復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)不宜強(qiáng)行位移比控制。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度越來(lái)越高，本文根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)，經(jīng)驗(yàn)筆記列出的上述比較基礎(chǔ)常用SATWE計(jì)算結(jié)果參數(shù)。希望能給未來(lái)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打個(gè)良好基礎(chǔ)。觀點(diǎn)僅代表個(gè)人理解。希望能給未來(lái)或剛剛踏入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新人們一個(gè)借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)

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