对高层建筑设计过程中四个比的控制研究

1 / 6 对高层建筑设计过程中四个比的控制研究 对高层建筑设计过程中四个比的控制研究 摘要：在高层建筑的设计过程中，有很多的参数需要设计人员进行控制和分析，本文在对高层建筑四个比参数的分析基础上，提出了各个参数设计的要求和相关的措施，旨在为高层建筑的设计人员进行高层建筑设计时，提供理论参考。 随着城市建设的发展和科学技术的进步 ,高层建筑的应用日益广泛 ,由于高层建筑相对较柔 ,水平荷载作用效应明显 ,在满足使用条件下如何才能达到既安全又经济的设计要求 ,这是结构设计人员必须去追求与面对的。对于高层结构 设计来说，位移比、周期比、刚度比、轴压比是保证结构规则、安全、经济的 4 个极其重要的参数。 名词释义 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。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。 2 / 6 控制目的 高层建筑层数多、高度大，为了保证高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：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和宽度。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。控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。 电算结果的判别与调整要点 大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值。但对 于计算结果的判读应注意以下几点：若位移比超过，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用；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；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；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，故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析；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。 3 / 6 名词释义 周期比即结构扭转为主的第一自振周期 平动为主的第一自振周期 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。 电算结果的判别与调整要点 因 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 :根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数判别各振型分别是扭转为主的振型还是平动为主的振 型。一般情况下，当扭转系数大于时 ,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；周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期 期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期 算 1，看是否超过高规限值规定。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。 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 。总之在高层结构设计中，使得扭转振型不应靠前，以减小震害。 序中给出了各4 / 6 振型对基底剪力贡献比例的计算功能 ,通过参数 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。 名词释义 刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值，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。 电算结果的判别与调整要点 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。 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。 对于上述三种计算层刚度的方法，我们应根据实际情5 / 6 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 序的默认方法。 名词释义 柱轴压比 N/指柱轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比。 电算结果的判别与调整要点 抗震等级越高的建筑结构，其延性要求也越高，因此对轴压比的限制也越严格。对于框支柱、一字形剪力墙等情况而言，则要求更严格。抗震等级低或非抗震时可适当放松，但任何情况下不得小于。 限制墙柱的轴压比，通常取底截面进行验算，若截面尺寸或混凝土强度等级变化时 ,还验算该位置的轴压比。算结果详细，当计算结果与规范不符时，轴压比数值会自动以红色字符显示。 需要说明的是，对于墙肢轴压比的计算时，规范取用重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值来计算其名义轴压 比 ,是为了保证地震作用下的墙肢具有足够的延性 ,避免受压区过