纵论建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用.doc

纵论建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用 一、前言： 随着建筑结构新规范全面颁布，新规范在工程设计已全面开始，这对于如何在工程设计中正确应用理解规范条文，正确选择设计软件及合理选取设计参数显得尤为重要。 二、明确几个概念： 1、“多塔结构”与“分缝结构”的区别：（1）“塔”的概念：这里的塔是个工程概念，指的是四边都有迎风面且在水平荷载作下可独自变行的建筑体部。将多个塔建同一个大底盘体部上，叫多塔结构。 （2）多塔结构的定义：对与大底盘多塔结构、巨型框架结构，如果把裙房部分按塔的形式切开计算，则裙房部分误差较大，且各塔的相互影响无法考虑。因此，程序采用了分块平面内无限刚的假定以减少自由度，且同时考虑塔与塔的相互影响。对于多塔结构，各刚性楼板的信息程序自动定义。但其包含区域需由用户定义。 （3）分缝结构：在一个大的建筑体部里，因设伸缩缝、沉降缝、抗震缝，分成了若干小的建筑体部，叫分缝结构。分缝结构与多塔结构区别是四边中有的边不是迎风面。 （4）对分缝结构各块要分开计算。 （5）多塔结构新规范条文注意事项：第一扭转周期与第一平动周期的比值限值、最大位移平动位移的比值限值，对多塔结构特别注意，目前程序是不对的，不能直接采用，必须将多塔结构分搭计算，方可判断两者的比值。 2、“刚性楼板”与“弹性搂板”（1）刚性楼板是是指平面内设定为刚度无限大，内力计算时不考虑平面内外变形，与板厚无关，程序默认楼板为刚性楼板。 （2）弹性搂板：必需以房间为单元进行定义，与板厚有关，分以下三种情况：弹性搂板6：程序真实考虑楼板平面内、外刚度对结构的影响，采用壳单元，原则上适用于所有结构。但采用弹性搂板6计算时，楼板和梁共同承担平面外弯矩，其结果梁的配筋偏小，楼版承担的平面外弯矩计算配又未考虑，此外计算工做量大，因此该模型仅适用板柱结构。弹性搂板3：程序设定楼板平面内刚度为无限大，而仅考虑平面外刚度对结构的影响，采用壳单元，因此该模型仅适用厚板结构。 弹性膜：程序真实考虑楼板平面内刚度，而假定平面外刚度为零。采用膜剪切单元，因此该模型适用钢楼板结构。 注意：1：弹性搂板仅适用于高层钢筋混凝土结构。2：不适用于多层钢筋混凝土结构及钢结构建筑。3：多层钢筋混凝土结构及钢结构建筑中存在有弹性搂板时，可近似的按开洞处理，但要注意人工将荷载分配到周边梁上。 3、有关振型的几个概念（1）振型参与系数：每个质点质量与其在某一振型中相应坐标乘积之和与该振型的主质量（或者说该模态质量）之比，即为该振型参与系数。 （2）振型的有效质量：这个概念只对于串连刚片系有效（即基于刚性楼板假定的，不适用于一般构），某一振型的某一方向的有效质量为各个质点质量与该质点在该一振型中相应方向对应坐标乘积之和的平方。 （3）有效质量系数：如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的有效质量之和与总质量之比即为有效质量系数。用于判断参与参与振型数足够与否，并将用于程序。 （4）振型参与质量：某一振型的主质量（或者说该模态质量）乘以该振型的参振型与系数的平方，即为该振型的振型参与质量。（5）振型参与质量系数：由于有效质量系数只适用于刚性楼板假定，高规5.1.13条及抗规5.2.2条文说明，提出了用振型参与质量系数来判断参与振型数足够与否的方法。即选定振型个数的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数。这种方法适用于刚性楼板假定，也适用于弹性楼板。振型参与质量系数：由于有效质量系数只实用于刚性楼板假设，现在不少结构因其复杂性需要考虑楼板的弹性变形，因此需要一种更为一般的方法，不但能够适用于刚性楼板，也应该能够适用于弹性楼板。出于这个目的，我们从结构变形能的角度对此问题进行了研究，提出了一个通用方法来计算各地震方向的有效质量系数即振型参与质量系数，规范即是通过控制有效质量振型参与质量系数的大小来决定所取的振型数是否足够。（见高规（5.1.13）、抗规(5.2.2)条文说明）。这个概念不仅对糖葫芦串模型有效。一个结构所有振型的振型参与质量之和等于各个质点的质量之和。如果计算时只取了几个振型，那么这几个振型的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数。由此可见，有效质量系数与振型参与质量系数概念不同，但都可以用来确定振型叠加法所需的振型数。我们注意到：ETABS6.1中，只有有效质量系数（effectivemassratio）的概念，而到了ETABS7.0以后，则出现了振型质量参与系数（modalparticipatingmassratio），可见，振型参与质量系数是有效质量系数的进一步发展，有效质量系数只适用于串连刚片系模型，分别有x方向、y方向、rz方向的有效质量系数。振型参与质量系数则分别有x、y、z、rx、ry、rz六个方向的振型参与质量系数。注释：1）这里的“质量”的概念不同于通常意义上的质量。离散结构的振型总数是有限的，振型总个数等于独立质量的总个数。可以通过判断结构的独立质量数来了解结构的固有振型总数。具体地说：每块刚性楼板有三个独立质量Mx,My,Jz；每个弹性节点有两个独立质量mx,my；根据这两条，可以算出结构的独立质量总数，也就知道了结构的固有振型总数。2）若记结构固有振型总数是NM，那么参与振型数最多只能选NM个，选参与振型数大于NM是错误的，因为结构没那么多。3）参与振型数与有效质量系数的关系：3-1)参与振型数越多，有效质量系数越大；3-2)参与振型数=0时，有效质量系数=03-3)参与振型数=NM时，有效质量系数=1.04）参与振型数NP如何确定？4-1）参与振型数NP在1-NM之间选取。4-2）NP应该足够大，使得有效质量系数大于0.9。有些结构，需要较多振型才能准确计算地震作用，这时尤其要注意有效质量系数是否超过了0.9。比如平面复杂，楼面的刚度不是无穷大，振型整体性差，局部振动明显的结构，这种情况往往需要很多振型才能使有效质量系数满足要求。 4、总刚与侧刚的概念（1）总刚：就是用结构的总刚阵和与之相对的质量阵按振型叠加法求解结构的周期及振型。结构的总刚阵即为结构静力分析时形成的结构总刚度矩阵。自由度数为N的高层结构，结构的总刚度矩阵为N阶方矩阵，若定义有较大范围多的弹性楼板或有较多的不与楼板相连构件时，可准确分析出结构每层每根构件的空间反应，可发现结构的刚度突变部位，连接薄弱的构件以及数据有误的部位。缺点是计算量大，费时长。 （2）侧刚：在高层结构分析中，为了提高分析效率，对于引入楼板平面内无限刚或分块无限刚，平面外刚度为零的假定后，采用一种简化计算方法，可已大大降低结构的自由度，使得结构每层只有3个独立的平动自由度，这就是侧刚的方法。优点是分析效率高，误差在允许范围。 （3）若平面没有布置弹性楼板且没有不与楼板相连构件的工程，侧刚、总刚的结果是一致的 5、抗震措施与抗震构造措施概念（1）抗震措施：是指除地震作用计算和抗力计算以外的设计内容，包括建筑总体布置，结构选型，地基抗液化措施，考虑概念设计要求对地震作用效应（内力及变形）的调整，以及各种构造措施。 （2）抗震构造措施：是指根据抗震概念设计的原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分所采取的细部构造，如钢筋锚固、塔接，混凝土保护层，最小配筋率等。“抗震措施”涵盖了“抗震构造措施”，请注意：抗震等级划分属“抗震措施”。 6、有关高层建筑超限的审查规定：建设部第111号令2002年7月25日颁发超限高层建筑工程抗震设防管理规定，所谓的超限高层建筑，是指：超出现行规范、规程的适应高度和适应结构类型的高层建筑工程，体型特别不规则的建筑工程，高位转换层（8度3层以上、7度5层以上）及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑。 注意：取消了对于高宽比超限时审查要求，高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定及经济合理性的宏观控制。 弹性搂板6：程序真实考虑楼板平面内、外刚度对结构的影响，采用壳单元，原则上适用于所有结构。但采用弹性搂板6计算时，楼板和梁共同承担平面外弯矩，其结果梁的配筋偏小，楼版承担的平面外弯矩计算配又未考虑，此外计算工做量大，因此该模型仅适用板柱结构。 弹性搂板3：程序设定楼板平面内刚度为无限大，而仅考虑平面外刚度对结构的影响，采用壳单元，因此该模型仅适用厚板结构。 ） 这对于参数中，梁的刚度取值是否为。 三、设计参数的合理选取 1、抗震等级的确定：钢筋混凝土房屋应根烈度、结构类型和房屋高度的不同分别按抗规6.1.2条或高规4.8条确定本工程的抗震等级。但需注意以下几点：（1）上述抗震等级是“丙”类建筑，如果是“甲”、“乙”、“丁”类建筑则需按规范要求对抗震等级进行调整。 （2）接近或等于分界高度时，应结合房屋不规则程度及场地、地基条件慎重确定抗震等级。 （3）当转换层=3及以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部的抗震墙等级宜按抗规6.1.2条或高规4.8条查的抗震等级提高一级采用，已为特一级时可不调整。 （4）短肢剪力墙结构的抗震等级也应按抗规6.1.2条或高规4.8条查的抗震等级提高一级采用但注意对多层短肢剪力墙结构可不提高。 （5）注意：钢结构、砌体结没有抗震等级。计算时可选“5”，不考虑抗震构造措施。 2、振型组合数的选取：在计算地震力时，振型个数的选取应是振型参与质量要达到总质量90%以上所需要振型数。但要注意以下几点：（1）振型个数不能超过结构固有的振型总数，因一个楼层最多只有三个有效动力自由度，所以一个楼层也就最多可选3个振型。如果所选振型个数多于结构固有的振型总数，则会造成地震力计算异常。 （2）对于进行耦联计算的结构，所选振型数应大于9个，多塔结构应更多些，但要注意应是3的倍数。 （3）对于一个结构所选振型的多少，还必需满足有效质量系列化大于90%.在WDISP.OUT文件里查看。 3、主振型的判断；（1）对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦联计算时，一般来说前两个或前几个振型为其主振型。 （2）对于刚度不均匀的付杂结构，上述规律不一定存在，此时应注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.程序输出结果中，给出了输出各振型的基底剪力总值，据此信息可以判断出那个振型是X向或Y向的主振型，同时可以了解没个振型对基底剪力的贡献大小。 4、地震力、风力的作用方向：结构的参考坐标系建立以后，所求的地震力、风力总是沿着坐标系的方向作用。但设计者注意以下几种情况：（1）设计应注意查看SATWE文本文件“周期、振型、地震力”WZQ.OUT.输出结果中给出了地震作用的最大方向是否与设计假定一致，对于大于150度时，应将此方向输入重新计算。2）对于有有斜交抗侧力构件的结构，当大等于150度时，应分别计算各抗力构件方向的水平地震力。此处所指交角是指与设计输入时，所选择坐标系间的夹角。 （3）对于主体结构中存在有斜向放置的梁、柱时，也要分别计算各抗力构件方向的水平地震力。 5、周期折减系数：高规3.3.17条规定：当非承重墙体为填充砖墙时，高层建筑结构的计算自振周期折减系数，可按下列规定取值。 （1）框架结构 0.60.7；框架剪力墙结构0.70.8；剪力墙结构 0.91.0；短肢剪力墙结构 0.80.9.（2）请大家注意：周期折减是强制性条文，但减多少则不是强制性条文，这就要求在折减时慎重考虑，既不能太多，也不能太少，因为折减不仅影响结构内力，同时还影响结构的位移。 6、活荷载质量调整系数：该参数即为荷载组合系数。可按抗规5.1.3条取值。注意该调整系数只改变楼层质量，不改变荷载总值，即对竖向荷载作用下的内力计算无影响， 7、关于柱长计算系数混规7.3.11条规定了三种情况下柱计算长度的选取，设计者应根据实际情况区别对待。 程序默认是7.3.11-2情况。 8、关于阻尼比：不同的结构有不同的阻尼比，设计者应区别对待：钢筋混凝土结构：0.05小于12层纲结构：0.03大于12层纲结构：0.035纲结构：0.05 9、关于梁的几个调整系数（1）刚度调整系数Bk：梁的刚度调整，主要是考虑现浇楼板对梁的刚度贡献，楼板与梁按T形共同工作。而程序是按矩形取，所以可以考虑梁的刚度放大。一般可取1.52.0，但对预制楼板、板柱结构的等代梁取1.0，注意刚度调整系数对连梁不起作用。 （2）梁端负弯矩调整系数：框架梁在竖向荷载作用下梁端负弯矩调整系数，是考虑梁的塑性内力重分布。通过调整使梁端负弯矩减小，跨中正弯矩加大（程序自动加）。梁端负弯矩调整系数一般取085.注意：1：程序隐含钢梁为不调幅梁。2：不要将梁跨中弯矩放大系数与其混淆。 （3）梁弯矩放大系数Bm：当不计算活载或不考虑活载不利布置时，可通过此参数调正梁在恒、活载作用下的跨中正弯矩，一般取1.11.2.在选用时注意：如果活载考虑不利布置时则此系数取1.0.（4）连梁刚度折减系数BLz：主要是指那些与剪力墙一端或两端平行连接的梁，由于梁两端往往变位差很大，剪力就会很大，所以很可能出现超筋。这就要求连梁在进入塑性状态后，允许其卸载给剪力墙，而剪力墙的承载力往往较大，因此这样的内力重分布是可以的。一般取0.550.7.注意：如连梁的跨高比大于等于5时，建议按梁输入，因此时梁往往是受弯为主，刚度不应折减。 （5）梁扭矩折减系数Tb：是针对新规范的梁抗扭设计而设的，由于目前梁在整体结构中的扭转问题研究的还不多，楼板对梁平面外究竟有多大约束作用，还不十分清楚，所以程序给出的范围较大0.41.0，建议取0.4.注意：程序规定对于不与刚性楼板相连的梁及弧梁不起作用。 10、关于顶部小塔楼放大系数：（1）对于顶部带有小塔楼的结构，在动力分析中，可能会出现鞭梢效应，即二次共振，这对很不利。实际计算过程中。如果参与振型选的足够多时，则可不再调整顶部小塔楼的地震力。如果参与振型选的不够多时，则可按下列要求调整顶部小塔楼的地震力：计算模型 振型个数放大系数非耦联 3 =NMODE 6 3.0非耦联 6= NMODE= 9 1.5耦联 9= NMODE 12 3.0耦联 12=NMODE=16 1.5（2）对于顶层带有空旷大房间或为轻钢结构的房屋，不宜视为突出屋面的小塔楼，并采用底部剪力法乘以憎大系数的方法计算地震作用效应，而应视为结构体系的一部分，用振型分解法计算。 11、关于质量偶然偏心：国外多数抗震规范认为，需要考虑由于施工、使用等因素所引起的质量偶然偏心或地震地面运动扭转分量的不利影响。我国新规范也考虑了这一因素。 （1）高规3.3.3条要求：计算单向地震作用时应考虑质量偶然偏心的影响，每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可取建筑物总长的5%；而抗规5.2.3条要求规则结构不进型扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应乘以增大系数。新程序按高规执行，主要是因为：考虑耦联对任何结构都适用；依靠程序自行确定边榀框架也较困难。（2）对于不规则结构必须选此项，主要用来判断结构平面的规则性，见高规4.3.5条。特别注意此时，必须对所有楼层强制采用“刚性假定”，执行这一开关后，所计算的地震力、杆件内力均不能用，仅仅用来判断楼层的最大水平位移与层间位移比值。 注意：对一个不规则结构，带弹性板的结构应计算两遍。一是强制楼板“刚性假定”控制位移，二是按真实情况计算地震力、杆件内力。 12、关于双向地震的扭转效应：（1）抗规5.1.1条及高规3.3.2条要求：质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转影响，现在程序是按主方向的弯矩、剪力和轴力按0.85开平方。即：S2XY=SX2+（0.85SY）2.S2YX=SY2+（0.85SX）2.（2）当计算双向水平地震作用下的扭转影响时，程序允许同时考虑质量偶然偏心及双向地震作用，此时仅对无偏心的地震作用效应进行双向水平地震作用计算。当然两者也可不同时考虑。 （3）高规3.3.3条要求：“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响力”；而条文说明：“当计算双向地震作用时，可不考虑质量偶然偏心的影响”。 13、关于楼层刚计算方法的选取：程序给出了三种计算方法，三种计算方法可能给出差别较大的刚度比，所以设计应根据工程的实际情况做出正确选择，可按下列原则选取：（1）剪切刚度：即高规附录E.0.1建议的方法。对于底层大空间层数为层时，可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下结构的刚度变化。此时可近似只考虑剪切变形的影响，适用于多层（砌体、底框），不带转换层的剪力墙结构也宜选用此项。 （2）剪弯刚度：即高规附录E.0.2建议的方法（是按有限元法，通过加单位力计算的）。对于底层大空间层数大于层时，可近似采用转换层上、下结构的等效剪切刚度比表示转换层上、下层的刚度变化，此时同时考虑结构剪切变形和弯曲变形的影响，适用于带斜撑的钢结构、不带转换层的框架剪力墙结构也宜选用此项。 3）地震剪力与地震层间位移比值：即抗规建议的方法。，适用于其它多层结构。 注意：1：上述三种方法计算刚度的含义是不同的，差异较大。如果仅有一个标准层的简单框架结构，按方法1、2计算各层的刚度都相同，按方法3计算各层的刚度不相同。 2：对于高位转换层（8度三层、7度五层以上），建议人工按高规附录E.0.2分别建两个模型计算。14、关于P效应：重力二阶效应一般称为P效应，在建筑结构分析中指的是竖向荷载的侧移效应。当结构发生水平位移时，竖向荷载就会出现垂直于变形后的的竖向轴线分量，这个分量将增大水平位移量，同时也会增大相应的内力，这在本质上是一种几何非线性效应。设计者可根据需要选择考虑或不考虑P效应。注意：（1）这里考虑的是针对结构原始刚度计算的P效应，与混规7.3.12条考刚度折减的要求是完全不同的。 （2）只有高层钢结构和不满足高规5.4.1条的高层混凝土结构才需要考虑P效应对应水平力作用下结构内力和位移的不利影响。 （3）计算完后设计可打开SATWE文本文件“结构设计信息输出文件WMASS.OUT文件”，查看是否满足要求。 （4）高厚比超限的钢筋混凝土的设计者应特别注意。 15、关于上部结构嵌固端的选取：高规5.2.7条规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固层时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍，而规范中设计内力调整系数所对应的底层即指嵌固层楼板。因此，正确选取嵌固层就成为结构整体计算是否正确的关键。但是目前程序还不能自动判断嵌固层位置，这就需要设计者人工干预。SATWE提供了两种考虑基础回填土对结构约束作用的方法：（1）方法一：输入基础回填土对结构约束的相对刚度，即输入基础回填土对结构约束刚度与地下室抗侧移侧移刚度的比值，若取该参数为0，则认为基础回填土对结构没有约束作用，即结构在基础底板处嵌固。若取该参数为5，则认为结构的地下室部分基本没有位移，即相当于认为结构在地下室顶板处嵌固。 （2）方法二：指定地下室水平嵌固层数。如对一个有M层地下室的结构，可指定m（m=2.0，则可认为结构在地下室顶板处嵌固。如果。地下结构与地上一层抗侧移侧移刚度的比值2.0，则可认为地上结构不能完全嵌固在地下室顶板处，此时建议将嵌固下移至基础底板处。 注意：1：结构的侧刚是结构自身固有的特性，不会因地下室层数的变化而变化。 2：当地下室顶板不能作为嵌固上部结构时，单纯将地下室结构加入到上部结构进行计算，即认为嵌固层位置在地下顶板以下或更低，则可能造成结构内力与位移计算结果不符合实际，有时甚至导致薄弱层位置变化等，因此在设计时应将两种计算结果进行比较，取最不利结果作为设计依据。 3：设计时应注意无论计算是否考虑地下室外回填土对结构的约束作用，地下室外墙在计算时均未考虑土压力的作用。和用户手册有矛盾，请测试 关于阻尼比：不同的结构有不同的阻尼比，设计者应区别对待：钢筋混凝土结构：0.05小于12层纲结构：0.03大于12层纲结构：0.035纲结构：0.05） 按GB50011-2001 8.2.2应该是小于12层纲结构：0.035大于12层纲结构：0.02罕遇地震下的纲结构：0.05 四、地震作用的调整 1.最小地震剪力调整抗规5.2.5条规定，抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表5.2.5给出的最小地震剪力系数，此条程序自动调整，无须人工干预。但建议设计者注意查看SATWE文本文件“周期、地震力及振型输出文件WZQ.OUT”，目的是从中可判断薄弱层所在楼层。 2.0.2V.的调整系数对于框架剪力墙结构，一般剪力墙的刚度很大，剪力墙吸引了大量的地震力，而框架所承担的地震力很小。对于框架部分，如果按这样的地震力进行设计，在剪力墙开裂后会很不安全，所以需要让框架部分承担至少20%的基底剪力和按框架剪力墙分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值，以增加框架的安全度，但在考虑调整时还须注意以下几点：a.对柱少剪力墙多的框架剪力墙结构，让框架梁柱承担20%的基底剪力会使放大系数过大，以致梁柱无法设计。所以20%的调整一般只用于主体结构，一旦结构内收则不应往上调整。 b.若考虑调整后框架梁柱内力增加过大，可调整文件中的放大系数，程序将按WV02Q.OUT中的系数调整。 c.0.20调整的放大系数只针对框架梁柱的弯矩及剪力，不调整轴力。 d.对于侧向刚度沿竖向分布不均匀的框架剪力墙结构，如多塔结构或大底盘结构，已不在抗规6.2.13条规定的范围内，对这类结构进地调整时需特别注意。 e.程序对框剪结构，依据规范要求进行0.2V0调整，设计者可以指定调整楼层范围，同时，也可人工干预调整系数。 3.竖向不规则结构地震作用效应调整抗规3.4.3条及高规5.1.14条规定：楼层侧向刚度小于上层的70%或其上三层平均值的80%左时，其薄弱层地震剪力应乘以 1.15的增大系数。设计者应注意：此条要求设计者必须指出薄弱层所在楼层，然后程序将根据设计者指定的薄弱层层号，将这些楼层地震作用的内力乘以 1.15的增大系数。 4.特殊构件地震力调整系数（1）。转换梁在地震作用下的内力调整：高规10.2.23条规定：转换梁在特一级、一级、二级抗震设计时，基地震作用下的内力分别放大1.8、1.5、1.25倍。设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了转换梁，则程序会自动对其进行调整。（2）。框支柱在地震作用下的内力调整：高规10.2.7条规定也要调整，设计时注意：设计必须在特殊构件定义时人工定义了框支柱，则程序会自动对其进行调整。由于调整系数往往很大，为了避免异常情况，程序给出一个控制开关，设计者可决是否对与框支柱相连的框架梁的弯矩剪力进行调整。 （3）。另外对于“不调幅的梁”、“铰接梁”、“滑动支座梁”、“刚性梁”、“铰接件”、“铰接支撑”、“弹性楼板”、“临空墙”等均需人工定义。 5.其它构件地震力调整系数如果整个结构的抗震等级确定，则（除特殊要求构件外）各构件的设计内力调整均由程序自动完成，不需人工干预。 五、结构整体性能的控制 对于一个建筑结构设计，主要需从以下几个方面对结构整体性能进行控制：1、水平位移限值（层间位移） 高规4.6.3条按弹性方法计算楼层层间最大位移与层高之比/h宜符合以下规定：高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h不宜大于表4.6.3的限值；高度等于或大于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h的限值不宜大于 1/500；高度在150m250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h的限值按本条第一款和第二款的限值线性插入取用。 注意：a.楼层层间最大位移以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。 b.抗震设计时，本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。 2.位移比控制高规4.3.5条规定，结构平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和结构层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构最高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层的1.4倍。 注意： a、这条要求主要是限制结构平面布置的不规则性；b.若结构中有不与楼板相连的构件或定义了弹性楼板，那么，那么，程序输出结果与规范要求不同，此时，需要由设计者依据刚性楼板假定条件下的分析结果。 c.查看这个比值须是在考虑偶然偏心影响，并强制假设在刚性楼板下的情况下；d.这个不是硬性指标，是计算方法的问题。规范中的各种位移比实际上是来控制结构的扭转效应不能太大的，扭转效应只有在刚性楼板的假定下才有意义，可以想象，如果不考虑刚性楼板假定，那么楼板薄弱的地方位移就会偏大些，楼板强的地方位移就会小一些，这些都是局部的变化，用这样的位移算出来的位移比是毫无意义的，不能反映整个结构的扭转情况，所以计算位移比时应该在刚性楼板假定的条件下进行。 3.周期比控制高规4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85.注意：a、这条要求主要是限制结构的抗扭刚度不能太弱。b、提醒大家解决扭转，要注意做好加减法。 4.层刚度比控制（1）。高规4.4.2条及抗规3.4.2条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%.如不满足则应按薄弱层对待。 （2）。转换层上、下结构侧向刚度的要求：高规附录E及抗规附录E规定：a.底部大空间为1层时，其转换层上、下层侧向刚度比宜为1，抗震设计时不应大于2，非抗震设计时不应大于3. b.底部大空间层楼大于1层时，其转换层上、下层侧向刚度比宜为1，抗震设计时不应大于1.3，非抗震设计时不应大于2. c.当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%.（3）。高规5.3.7条 高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。 表4.6.3楼层层间最在位移与层高之比的限值结构类型/h限值框架 1/550框架剪力墙、框架核力筒、板柱剪力墙 1/800筒中筒、剪力墙 1/1000框支层 1/1000多（高）层钢结构 1/300（1/250） 注意：a.当地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定的，有条件的，可增加地下室的侧向刚度。 b.没有条件时，将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位，如筏形基础顶面或箱型基础顶面。 5.高层建筑结构的整体稳定的控制高规5.4.4（强规）高层建筑结构的稳定应符合下列规定：（1）剪力墙结构，框架剪力墙结构，筒体结构应符合下式要求：EJd1.4H2Gi（2）框架结构应符合下式要求：Dj10Gi/hi注意：a.计算完后设计可查看SATWE文本文件“结构设计信息输出文件WMASS.OUT”，查看是否满足要求。 b.大量的工程经验说明：只要高宽比在规范允许的范围内，其整体稳定性总是满足的。但设计时，对于高宽比超限的结构要特别注意。 6.框架剪力墙结构中框架承担的倾覆力矩控制高规8.1.3条及抗规6.1.3条规定：抗震设计的框架剪力墙结构，在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构部倾覆力矩大于结构部倾覆力的50% 时，其框架部分的抗震等级应按框架结构采用；否则其框架部分的抗震等级应按框架剪力墙结构中的框架采用，程序按抗规6.1.3条的条文说明给出了框架部分承担的的倾覆力矩的计算方法Mc=Vijhi设计者可查看SATWE文本文件“结构设计信息输出文件WMASS.OUTWMASS.OUT”，查看是否满足要坟。 六、计算结果正确性的判断 高规5.1.16条及抗规3.6.5条均有要求：对结构分析软件的计算结果，应进行分析判断，确认其合理，有效后方可作为工程设计依据。如何判断？当然只能依靠概念设计来判断：概念设计是一种设计的思路，可以认为是定性的设计，概念设计不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是由我们对工程进行概括的分析，制定设计目标，采取相应措施，概念设计概念包括安全度的概念、力学的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、施工的概念、使用的概念等等。概念设计要求我们融合这些概念，并贯彻到结构方案设计、结构构件布置、计算简图抽象、计算结果处理中。对理论无法明确的部位，要有定义的认识。建议大家对计算结果从以下方面检查：1、检查原始数据是否有误，特别是是否遗漏荷载；2、计算简图是否与实际相符，计算程序是选得正确；3、对计算结果分析：检查设计参数是否选择合适；检查“七种比值”即：（1）柱及剪力墙轴压比是否满足要求，主要为控制结构延性；（2）剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性；（3）刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突形，形成薄弱层；（4）位移比：主要为控制结构竖向规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响；（5）周期：主要为控制结构的扭转效应，减少扭转对结构带来不利影响（此时要注意：第一、二震型在高层建筑中不能发扭转为主第二振震型不能以扭转为主）；（6）刚重比：主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆；（7）有效质量比：主要为控制结构的地震力是否全计算出来。 以上这七种比值规范中均有明确要求。 4.另外大家也要注意超配筋信息文件，对超配筋的处理。 七、结束语 高层建筑结构设计中应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。应该来讲概念设计在初步设计阶段特别重要，设计中不能陷入只凭计算的误区，不要盲目的依赖计算结果。 结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位，导致结构过早破坏。现有抗震设计方法的前提之一是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前题下，才能以多遇地震作用进行结构计算、构件设计并加以构造措施，或采用动力时程分析进行验算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。对一个结构并非设计得越刚强越好，一个好的设计应该是“结构刚度、承载力、延性、经济性完美的匹配”。4.中国建筑科学研究院编制的PKPM系软件2003年5版杂志编者按语在2005年第4期PKPM新天地中的“纵论建筑结构设计新规范与软件SATWE的合理应用（上）”一文中提到“注意：a、弹性楼板仅适用于高层钢筋混凝土结构；b、不适用于多层钢筋混凝土结构及钢结构建筑；c、对于多层钢筋混凝土结构及钢结构建筑中存在有弹性楼板时，可以近似按洞口处理，但要注意人工将荷载分配到四周的梁上。这段文字是不正确的。 弹性楼板假定的应用，并不是针对结构的高度来设置，主要是针对楼板的布置，结构的类型等情况选择不同的楼板假定，来反映各种结构的受力特性和传力途径，满足各种结构的设计要求。对于各种楼板的应用范围可采用如下方法确定：弹性楼板6假定是采用壳单元真实地计算楼板平面内和平面外的刚度。从理论上讲，弹性楼板6最符合楼板的实际情况，可用于任何工程。但部分竖向楼面荷载将通过楼板面外刚度直接传递给竖向构件，导致梁的弯矩减小。相应的配筋也会减小，造成梁的安全储备减小。困此，我们建议弹性楼板6一般用于板柱结构和板柱抗震墙结 弹性楼板3假定楼板平面内无限刚，程序仅真实地计算楼板平面外刚度，是针对厚板转换层结构的转换厚板提出的。考虑厚板转换层的板厚一般在1m以上，面内刚度很大，面外刚度是结构传力的关键，程序采用中厚板弯曲单元计算楼板的平面外刚度。 弹性膜假定采有平面应力膜单元真实计算楼板的平面内刚度，忽略楼板的平面外刚度。主要针对空旷的工业厂房地产体育场馆结构、楼板局部开大洞结构、楼板平面较长或在较大凹入以及平面弱连接结构等。第一振型应是平动的原因2008-06-26 20:26第一振型应是平动的原因 动力学认为结构的第一周期应该是出现该振形时所需要的能量最小，第二周期所需要的能量次之，依次往后推。我认为规范规定Tt/T10.9就是为了让对结构产生作用的能量中的大部分只够激起结构的平动而不是扭转。按照动力学理论，结构第一周期只与结构本身的质量、刚度和边界条件有关，与外界力没有关系，地震只是提供一个激振力，基底剪力是反映这个激振效果的一个指标，这个除了以上的条件外，同时就跟地震参数有关，比如加速度的值。而结构最容易出现振动的振型就应该是第一振型，这个振型所需要的能量最小，最容易发生。这个就很容易理解为什么扭转振型不能太靠前，起码不能出现再第一振型。通高层设计中是可行的。关于第二平动周期与扭转周期比较接近的问题是相对的，我个人认为就是说能拉大到0.9以下最好，但是不能拉到0.9以下，也尽量不要超的太多。 怎么理解主振型？pkpm采用了wilson教授的质量参与系数的概念（可以查看sap和etabs），比如我们计算15个振型，质量参与系数达到了98%，那么15个振型当中就有一个质量参与系数最大的振型，比如是2振型，它对这个98%的贡献最大（比如达到40%），那么我们就认为它就是主振型。而其它的振型的贡献可能相对很小。主振型的意义在于：它可能不是最容易被激励起的振型，但是它一旦被激励起了，那么它就是结构振动的主要成分，所以我们在抗震的时候我特别给与关注，尽量避免它与扭转振型靠近。这也就是我建议ljbwhu将T2与Tt拉大点的原因。 在常规的高层结构设计中，由于各种限制，不容易出现以下这种情况：当结构中存在某些相对软弱的部分或者构件的时候，则结构的主振型会出现的比较靠后，这很容易理解，因为软弱的地方在激励能量相对小的时候就会局部振动，此时不是整体振动，所以该振型的质量参与系数很小，但是它们却是低阶振型。所以我前面的贴子提到了模型错误，这里的错误并不是指模型逻辑上的错误，而是某些构件的刚度、尺寸、材料等原因的错误，造成局部软弱。这种情况比较特殊，但是也可能出现，所以要避免。主振型：对于某个特定的地震作用引起的结构反应而言，一般每个参与振型都有着一定的贡献，贡献最大的振型就是主振型，贡献指标的确定一般有两个，一是基底剪力的贡献大小，二是应变能的贡献大小。一般而言，基底剪力的贡献大小比较直观，容易被我们接受扭转为主的振型中, 周期最长的称为第一扭转为主的振型, 其周期称为扭转为主的第一自振周期Tt 。平动为主的振型中, 根据确定的两个水平坐标轴方向X 、Y , 可区分为X 向平动为主的振型和Y 向平动为主的振型。假定X 、Y 方向平动为主的第一振型(即两个方向平动为主的振型中周期最长的振型) 的周期值分别记为T1 X和T1 Y，其中的大者位T1,小者为T2。则T1 即为高规第41315 条中所说的平动为主的第一自振周期, T2 姑且称作平动为主的第二自振周期。 研究表明, 结构扭转第一自振周期与地震作用方向的平动第一自振周期之比值, 对结构的扭转响应有明显影响, 当两者接近时, 结构的扭转效应显著增大7 。高规第41315 条对结构扭转为主的第一自振周期Tt 与平动为主的第一自振周期T1 之比值进行了限制, 其目的就是控制结构扭转刚度不能过弱, 以减小扭转效应。 高规对扭转为主的第一自振周期Tt 与平动为主的第二自振周期T2 之比值没有进行限制, 主要考虑到实际工程中, 单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少, 多数工程的振型是扭转和平动相伴随的, 即使是平动振型, 往往在两个坐标轴方向都有分量。针对上述情况, 限制Tt 与T1 的比值是必要的, 也是合理的, 具有广泛适用性; 如对Tt 与T2 的比值也加以同样的限制, 对一般工程是偏严的要求。对特殊工程,如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构, 当两个主轴方向的侧向刚度相差过大时, 可对Tt 与T2 的比值加以限制, 一般不宜大于1.0。实际上, 按照抗震规范第31513 条的规定, 结构在两个主轴方向的侧向刚度不宜相差过大, 以使结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能。 . 当然, 振型特征判断还与宏观振动形态有关。对结构整体振动分析而言, 结构的某些局部振动的振型是可以忽略的, 以利于主要问题的把握。 . 注意上面这句话的意义说明了，某些局部振动可以忽略掉，那么如何判断某些局部振动呢？就转到我们上面所讨论的问题上来了，可以采用振型总剪力的大小来判断或者振型质量参与系数来判断。忽略某些总剪力很小或者质量参与系数很小的振型，而保留那些相对较大的振型，这样说的话，就没有必要强制要求将总剪力最大的平动周期作为第一平动周期了！第一扭转周期的确定也没有什么疑惑。那个审图中心的意见有问题！ 1）如果一个结构 X，Y方向周期相差很大时，前几个平动周期往往是一个方向的（如均为X方向或均为Y方向）。此时要求Tt/T10.9即可。 （2）如果一个结构 X，Y方向周期相差不大时，应使第一第二振型周期以平动为主（此时第一第二振型分别是X，Y向），此时要求Tt/T1和Tt/T2均0.9。这是容易作到的。 另附手头一些资料，不知对大家有无帮助： （1）高规4.3.5条的条文说明主要意思：Tt与T1两者接近时由于振动耦连影响，结构扭转效应明显增大。 （2）2002年9月版SATWE用户手册124页：振型的方向角0度是X方向，90度是Y方向。依次类推。它的意义在于使我们明确知道结构刚度的薄弱方向。两个第一侧移振型的方向角，代表了水平地震作用的两个近似的最不利方向。 （3）2002年9月版SATWE用户手册124页：主振型的概念：对于地震引起的结构反应而言，参与振型贡献最大的就是主振型。衡量贡献大小有2个指标较合适，一是基底剪力贡献，二是应变能贡献。基底剪力贡献较易为工程技术人员接受。SATWE给出每个振型每个地震方向的基底剪力贡献。用于判断每个地震方向的主振型。5.2 水平地震作用计算5.2.1采用底部剪力法时，各楼层可仅取一个自由度，结构的水平地震作用标准值，应按下列公式确定（图5.2.1）：图 5.2.1结构水平地震作用计算简图FEk1Geq（5.2.1-1）（i1，2n）（5.2.1-2）FnnFEk（5.2.1-3）式中FEk结构总水平地震作用标准值； 1相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值，应按本章第5.1.4条确定，多层砌体房屋、底部框架和多层内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大值；Geq结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值，多质点可取总重力荷载代表值的 85； Fi质点i的水平地震作用标准值；Gi，Gj分别为集中于质点 i、j 的重力荷载代表值，应按本章第 5.1.3 条确定；Hi，Hj分别为质点 i、j 的计算高度；n顶部附加地震作用系数，多层钢筋混凝土和钢结构房屋可按表 5.2.1 采用，多层内框架砖房可采用 0.2；其他房屋可采用 0.0；Fn顶部附加水平地震作用。表 5.2.1顶部附加地震作用系数Tg（s）T11.4TgT11.4Tg0.350.08T10.070.00.350.550.08T10.010.350.550.08T10.02注：T1 为结构基本自振周期。5.2.2采用振型分解反应谱法时，不进行扭转耦联计算的结构，应按下列规定计算其地震作用和作用效应：1结构 j 振型 i 质点的水平地震作用标准值，应按下列公式确定：FjijjXjiGi（i1，2，n，j1，2，m）（5.2.2-1）（5.2.2-2）式中Fjij 振型 i 质点的水平地震作用标准值；j相应于 j 振型自振周期的地震影响系数，应按本章第 5.1.4 条确定；Xjij 振型 i 质点的水平相对位移； jj 振型的参与系数。2水平地震作用效应（弯矩、剪力、轴向力和变形），应按下式确定： （5.2.2-3）式中SEk水平地震作用标准值的效应； Sjj 振型水平地震作用标准值的效应，可只取前 23 个振型，当基本自振周期大于 1.5s 或房屋高宽比大于 5 时，振型个数应适当增加。 5.2