结构设计中的各种刚度比剖析（下篇）

1、Word文档 结构设计中的各种刚度比剖析（下篇） 结构设计中，设计师需要依据规范的相关要求，应用软件计算结果，掌握各类刚度比，如剪切刚度比、剪弯刚度比、层剪力/层间位移的刚度比等。 但是有些结构的刚度比计算还需要特别的模型处理或者结果需要手工校核，设计中并不是将全部的楼层全部建模整体计算掌握各类刚度比。比如，对地下室顶板嵌固的剪切刚度比的推断是要考虑地下一层相关范围的模型，是否考虑刚性楼板假定无关;但是对楼层剪力/层间位移的刚度比计算需要考虑全楼强制刚性楼板假定等。 本文结合规范要求、工程案例及软件，具体深化剖析以.上几种刚度比如何进行计算及在设计中如何掌握。 楼层剪弯刚度比 （1）规范对剪切

2、刚度比的相关要求。 剪弯刚度的使用，只有对高位转换结构转换层下部与转换层上部结构的刚度比计算时，才用到该刚度及刚度比的比值。 高规附录E.0.3对高位转换结构转换层下部与上部结构的剪弯刚度比要求如下图24所示。 图24 高位转换结构转换层下部与上部的 （2）对剪弯刚度比的输出及校核。 对图13砍掉地下室的模型进行计算时，若指定该结构体系为框支转换结构，并且执行转换层所在的层号为3，如图25所示，由于地下室层数为0，则程序可自动推断该结构为高位转换结构，其转换层下部结构与转换层上部结构刚度比的输出就会根据E.0.3进行计算。程序才会输出该项（一般结构不输出该指标），输出结果如图26所示。 图25

3、 定义结构体系及指定转换层所在层号 图26转换层下部与转换层上部的结构刚度比输出 根据高规附录E.0.3手工校核转换层下部与转换层上部结构的刚度比。 转换层下部的高度为3层，高度为5.4+4.2+4.2=13.8m，转换层上部的高度取接近但小于等于转换层下部高度的楼层，取转换层上部的高度为2层，高度为4.2+7=11.2m13.8m。 转换层下部的刚度， X方向为：3.76E+07(kN/m)； Y方向为：4.26E+07(kN/m)； 转换层上部的刚度， X方向为：5.27E+07(kN/m)； Y方向为：6.75E+07(kN/m)； 则转换层下部与上部的刚度比： X方向为：（3.76/5

4、.27）*（13.8/11.2）=0.8790.88； Y方向为：（4.26/6.75）*（13.8/11.2）=0.7780.78； 手工校核结果与软件计算结果全都。 结构设计中对于剪弯刚度的使用，只有这一种状况下，即只有在高位转换结构下才有需要验算，软件会依据定义的框支转换结构及转换层所在的层号自动推断是否是高位转换结构，并自动输出转换层下部结构与转换层上部结构的剪弯刚度比。在剪弯刚度菜单下，软件也输出了每一层的剪弯刚度比，该处用的是转换层下部及上部几层的剪弯刚度。 低位转换结构的剪切刚度比 （1）规范对层剪力与层间位移的刚度比相关要求。 高规附录E.0.1对于转换层设置在1，2层的结构（

5、低位转换结构），其转换层楼层刚度比的掌握不根据类似一般结构的楼层剪力比层间位移的刚度比结果进行掌握，而是根据剪切刚度进行刚度比的掌握，如图27所示。 图27 低位转换结构转换层与相邻上层的刚度比掌握 也就是说对低位转换结构，转换层与相邻上层的刚度比要根据剪切刚度掌握，但是低位转换结构其他楼层的刚度比还是要根据正常结构的层剪力与层间位移计算的刚度掌握刚度比，仍旧要根据Rat1与Rat2取较小值从严掌握。 （2）对转换结构楼层剪切刚度比的输出及校核。 假如指定结构为部分框支转换结构，指定转换层所在的层号及地下室层数，如图28所示，软件依据转换层所在的层号减去地下室层数，推断该结构是否是低位转换结构

6、，假如是低位转换结构，程序对于转换层与相邻上层的刚度比就使用剪切刚度去推断。 图28 部分框支转换结构及转换层层号指定 计算完毕输出的楼层剪力比楼层位移的刚度比如下图29所示。 图29 楼层剪力比层间位移的刚度比 由于该结构转换层所在层号为2，属于低位转换结构，对于其次层的刚度比掌握不能根据图29的要求进行掌握，需按高规附录E.0.1要求的剪切刚度比掌握。其他楼层刚度比还是按正常一般结构的刚度比（层剪力/层间位移刚度）进行掌握。 图30所示为软件识别结构为低位转换后，输出的转换层下部与转换层上部结构的刚度比，结果中有转换层与转换层上层的剪切刚度比，假如该比值小于1，代表刚度比超限，软件会显红提

7、示超限。根据规范要求，该比值宜接近1。 图30 低位转换转换层与转换层上层的剪切刚度比 留意：软件同时也输出了全部楼层的剪切刚度及刚度比，如图31所示，但是该图中的剪切刚度是本层与下层的剪切刚度比。而此处对低位转换结构的刚度比要求是转换层与转换层上层的剪切刚度比。 图31 低位转换结构输出的楼层剪切刚度及刚度比 高位转换结构的层剪力比层间位移刚度比 （1）规范对高位转换结构楼层剪力与位移的刚度比的相关要求。 高规附录E.0.2对于转换层设置在2层以上的结构（高位转换结构），其转换层楼层刚度比的掌握不根据类似一般结构的楼层剪力比层间位移的刚度比结果进行掌握，而是按高规3.5.2-1要求的层剪力比

8、层间位移的刚度进行刚度比的掌握，如图32所示。 图32 高位转换结构转换层与上层的刚度比要求 也就是说对高位转换结构，转换层与相邻上层的刚度比仅仅根据3.5.2-1楼层剪力与层间位移的刚度掌握，即仅仅掌握Rat1即可；但是高位转换结构其他楼层的刚度比还是要根据正常结构的层剪力与层间位移计算的刚度掌握刚度比，仍旧要根据Rat1与Rat2取较小值从严掌握。 （2）对高位转换结构楼层剪力与位移的刚度比输出及校核。 假如指定结构为部分框支转换结构，指定转换层所在的层号及地下室层数，如前图25所示，软件会输出楼层剪力比层间位移刚度，如图33所示，其中除转换层外，其他楼层的刚度比都根据该图输出的刚度比进行

9、掌握。但对转换层即第三层的刚度比需要设计师自己手工校核再进行掌握，软件没有默认输出。 图33 高位转换结构楼层剪力比层间位移刚度比 根据高规附录E.0.2的要求，是掌握转换层与其相邻上层的层间力与层间位移的刚度比，而图33中输出的Ratx1及Raty1都是根据本层侧移刚度与相邻上层侧移刚度的70%或与上三层平均值的80%比值中的较小值，因此，在推断高位转换结构转换层与其上层刚度比的时候不能直接看该结果，应当人为手工校核该层刚度比。 手工校核高位转换结构第三层（转换层）的刚度比（转换层层剪力/层间位移计算的刚度与转换层相连上层层剪力/层间位移计算的刚度）： 第三层X方向的刚度比：6.22/5.2

10、5=1.1850.6； 第三层Y方向的刚度比：1.2*10/9.58=1.2530.6； 根据规范要求该转换层与转换层上层的刚度比均大于0.6，满意规范要求。 超限审查中的楼层刚度比 住房城乡建设部在2021年印发了超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点，其中对于超限结构的认知，如图34所示，也要求进行刚度比的掌握，本层侧向刚度小于相邻上层的50%时，属于层刚度偏小。 图34 超限结构中的层刚度比掌握 该刚度比的掌握计算是要根据图33输出的层剪力/层间位移计算的刚度来掌握刚度比，该要求的指标掌握需要设计师进行手工校核。 比如，其次层的刚度比计算： X方向刚度比：6.22/5.25=1.185

11、0.5； Y方向刚度比：1.2*10/9.58=1.2530.5； 结构本层侧向刚度不小于相邻上层的50%，该楼层不推断为层刚度偏小。 关于结构设计中各种刚度比的总结 结构设计中，需按规范的要求，依据不同的结构体系进行各项刚度比的计算与掌握。需要留意以下几点: (1)对于地下室顶板能否作为嵌固端的刚度比掌握，采纳剪切刚度，计算时的模型需要带地下室的相关范围，该值计算与土约束无关，与有无楼板也无关。但地 下室顶板作为嵌固端时，不仅仅满意剪切刚度比的要求，还需要满意相关构造要求，如地下室相关范围采纳梁板体系，混凝土不宜小于C30，板厚不宜小于180mm，双层双向配筋，最小配筋率不小于0.25%。-

12、般尽量保证结构在地下室顶板嵌固，假如当地下室顶板不满意嵌固条件，嵌固段下移，嵌固端宜放在地下室的底板。 (2)对框架结构刚度比的掌握，按抗规或高规掌握均-致，均掌握层剪力/层间位移的刚度，仅掌握Ratx 1及Raty1满意要求即可。 (3)对于非框架结构(框剪结构、剪力墙结构、框筒结构等)，按抗规与按高规掌握刚度比的要求是不同的，软件中当前默认对非框架结构按抗规与高规从严掌握，设计师可以选择按抗规或按高规进行刚度比掌握。但是需要留意的是对于按高规考虑层高修正的刚度比Ratx2及Raty2在软件新版计算书与旧版计算书wmass. out中输出的结果是不同的，新版计算书中Rat2比值没有考虑90%

13、，110%及150% ;旧版计算书的刚度比已经考虑了90%、110%及 150%，因此在推断是否是薄弱层时直接与1去比较。 (4)对低位转换结构(1-2层的转换结构)，转换层的刚度比要求，是要求转换层与转换层.上层的剪切刚度比宜接近1，对于其他非转换楼层的刚度比仍旧根据正常非框架结构的楼层剪力/层间位移的刚度比进行掌握。转换层的与.上层的剪切刚度比软件自动输出。 (5)对高位转换结构(转换层在2层以上的转换结构)，转换层的刚度比要求，是要求转换层与转换层上层的楼层剪力/层间位移的刚度比大于0.6，对于其他非转换楼层的刚度比仍旧根据正常非框架结构的楼层剪力/层间位移的刚度比进行掌握。另外对高位转

14、换结构还需要掌握转换层下部与转换层上部的剪弯刚度比宜接近1，不应小于0.8。转换层楼层剪力/层间位移的刚度比，需要设计师手工计算，软件未自动输出。 (6) 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点中对于超限结构的确定，要求进行刚度比的掌握，本层侧向刚度小于相邻.上层的50%时，该比值采纳楼层剪力/层间位移计算，结果也需要设计师简洁手工计算得到。 (7)一般状况下，楼层剪力/层间位移的刚度比结果要在全楼强制刚性楼板假定下计算得到。 (8)尤其需要留意，对于非框架结构刚度比的掌握，底部嵌固层掌握150%，该比值需要砍掉地下室，在软件中填写转换层所在的层号为1,软件才能对首层是否是薄弱层的刚度比推断正确的执行150%。假如设计中带有地下室整体分析设计，当软件中填写嵌固端所在的层号不为1时，全部楼层都不执行150% ;但是假如整体计算中，填写嵌固端所在的层号为1时，程序仅执行结构最底部楼层根据150%掌握刚度比，此时的最底层刚度比根据150%掌握是没