高层建筑结构设计之一七个比的控制定

《高层建筑结构设计》之一——“七个比值”的控制定义、目标与意义

2“七个比值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承载力比总结3一、轴压比

1.定义：重力荷载代表值作用下，轴力设计值与抗压强度设计值和截面面积乘积的比值。

2.公式：

式中：uc—柱轴压比；N—柱考虑地震作用组合的轴压力设计值；fc—混凝土轴心抗压强度设计值；

A—柱的全截面面积。

4轴压比

轴压比是针对于以承受重力荷载为代表值的剪力墙、柱等构件提出的概念，新规范也明确规定：承受的轴力按考虑地震作用组合的轴压力设计。因此轴压比是影响墙、柱的破坏形态和延性的主要因素之一。

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！53.规范条文的控制目标轴压比①.《混凝土规条、《抗规条同时规定:框架柱轴压比不宜超过表1中限值：表1框架柱轴压比限值6表2剪力墙轴压比限值轴压比②.《混凝土规条、《高规条同时规定:抗震设计时，一二级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过表2中的极限值。7

③.上述的规范对于普遍性结构构件具有适用性。特别地：当在柱的截面中部加设附加纵筋约束形成芯柱时，由于附加纵筋可以承担一部分轴压力。此时，当另加的纵向钢筋总面积不小于柱截面面积的0.8%时，轴压比限值可以增加0.05。形式如下：图1

箍筋约束形成芯柱轴压比8普通柱（以对称配筋柱为例）：短柱4.控制的意义：轴压比

随着uc↑，截面相对受压高度↑，截面破坏形式：大偏压受压破坏（延性）→小偏压受压破坏（脆性）

随着uc↑，剪切受压破坏→剪切受拉破坏总之：在抗震设计中，必须对柱和剪力墙的轴压比进行限制，以保证其有足够的延性，历次地震也予以了证明：这是一种相当行之有效的方法。9“七个比值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承载力比总结10二、剪重比

1.定义：楼层最小地震剪力与上部结构总重量的比值。

2.公式：VEki>λ∑Gj

式中：VEki—第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；

λ—剪力系数（可以理解为剪重比）查阅相关规定以确定；

Gj—第j层的重力荷载代表值。

11剪重比

规范规定剪重比计算,主要是因为结构在长周期自振周期作用下,地震影响系数下降较快,对于基本周期大于3.5S的结构,由此计算出来的水平地震作用下的结构效应有可能太小。而对于长周期结构,地震动态作用下的地面运动速度和位移可能对结构具有更大的破坏作用。水平地震作用底部剪力法振型分解反应谱法123.规范条文的控制目标剪重比

①.《抗规条、《高规》条规定:抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合表3要求：表3楼层最小地震剪力系数值注：1.基本周期介于3.5s和5s之间的结构，可插入取值；

2.括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。13剪重比②.六度区剪重比要求放宽，可在0.7%~1%取。若剪重比过小,均为构造配筋,说明底部剪力过小，要对构件截面大小、周期折减等进行检查；若剪重比过大,说明底部剪力很大,也应检查结构模型，参数设置是否正确或结构布置是否太刚。即是按刚度分配的“能者多劳”原则！！！144.相关概念区分剪重比

抗风计算不存在剪重比，风载不同于地展作用，它是直接作用在建筑物的，而且可较准确测定(如风洞试验)。

倘若从受力机理和截面破坏形式来看，剪重比与剪压比是同一概念，它们都是指水平作用与竖向作用的比值。剪重比讨论的是水平剪力和竖向重力荷载的比值，如框架柱的剪重比；剪压比讨论的是横向剪力和轴向压力的比值，如框架梁的剪压比。15“七个比值”轴压比剪重比刚度比位移比周期比刚重比层间受剪承载力比总结16三、刚度比

1.定义：指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值，也称层间刚度比。

2.公式：γ=Ki+1/Ki

式中：γ—上、下层结构侧向刚度比；

Ki+1—上层结构侧向刚度；

Ki—下层结构侧向刚度。

17按剪切刚度计算：Ki=GiAi/hi按剪弯刚度计算：Ki=Vi/Δi按地震剪力与地震层间位移的比值计算：Ki=Qi/Δui

刚度比①.《抗规》与《高规》都提供有三种方法计算层刚度，即：3.规范条文的控制目标18刚度比②.《抗规》附录E2.1规定：筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。《高规条规定：抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%，或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。19刚度比

刚度比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。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。4.控制的意义：

例如地下室顶板：《高规》5.3.7条规定:高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的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。20图片：框支结构上下层刚度比过大，形成的薄弱层垮塌刚度比21刚度比图片：秩框支结倾构上下舰层刚度栏比过大痰，形成抖的薄弱授层构件心发生剪忽切破坏22“七个比穗值”轴压燥比剪重都比刚度比位移农比周期习比刚重港比层间受蹲剪承载距力比总结23四、位缎移比1.定义着：位移比坏包含两菊项内容:①楼层休竖向牢构件点的最拘大水翠平位撤移与显平均谅水平燃位移暑的比蹈值；②楼袍层竖涂向构庭件的袍最大兽层间佳位移测与平猫均层记间位妈移的晋比值速。2.公式：厚或贪者24位移比3.规范条格文的控饰制目标①.[抗规]3捷.牧4.绞2条规定:建筑及丝式其抗侧享力结构愈的平面念布置宜苹规则、阵对称,并应具尊有良好滚的整体顺性;当存在街结构平权面扭转名不规则新时,楼层绞的最穗大弹简性水珠平位植移(或层间纺位移),不宜大于该秃楼层两欧端弹性门水平位战移(或层序间位芬移)平均列值的1.哥2倍。②.[高规]4.摄3.稿5条规定:楼层竖恭向构件宜的最大然水平位眼移和层取间位移,A、B级高跟度高摇层建浅筑均眠不宜伪大于为该楼拆层平独均值生的1.帮2倍;且A级高度甘高层建膜筑不应大于该选楼层平素均值的1.克5倍,B级高度尿高层建纳筑、混带合结构万高层建际筑及复钉杂高层搬建筑,不应大于柿该楼旱层平币均值查的1.饲4倍。25位移逆比计算位梦移比仅郊考虑墙厚顶、柱众顶等竖腔向构件驾上节点伯的最大披位移,不考害虑其续他节签点的念位移跪。高沸层建圈筑层加数多篇、高慨度大,为保证岩高层建径筑结构晶具有必蜜要的刚超度,应对其祥位移比赛加以控鼻制,主要弄目的蜻有以帅下几峡点:4.控制钱的意悄义：(1辣)、保证主哑体结构挑基本处伏于弹性蚁受力状芹态,避免挨混凝液土墙讨或柱脚出现瓜裂缝,同时将降楼面梁涉板的裂储缝数量笨、宽度狂和高度交控制在戚规范允虑许范围订之内。26位移稳比(2曾)、保证挨填充墙文、隔墙德和幕墙叙等非结着构构件扇的完好,避免产岛生明显煮损坏。(3飞)、限突制结粗构平狡面布修置的旬不规宋则性,避免灿结构哪产生进较大利的扭剩转效各应。然而，炎实际工宗程中，青扭转是报难免的纹，结构坚不利影趁响那是召肯定存备在的，涨这不是煎控制位嗓移比就箩能满足相的，所犬以更准完确的说模，控制蚂位移比点，是为播了避免肃产生过例大的偏拆心而导密致结构损产生较沃大的扭呀转效应膊。27“七个比灯值”轴压抓比剪重椅比刚度比位移比周期务比刚重叮比层间裁受剪良承载撞力比总结28五、堡周期新比1.定义其：结构扭缸转为主贞的第一帖自振周律期（支第一脱扭振滤周期患）Tt与平动凶为主的超第一自宣振周期（第却一侧鸭振周兄期）T1之比。2.公式：Tt/T1式中叮：Tt—周期勿最长渐的扭释振振录型对权应的捎就是棒第一先扭振脆周期窃；T1—周期艳最长丢的侧孔振振拨型对详应的完就是断第一杏侧振市周期揪。29周期肯比3.规范相条文排的控悄制目访标周期比吉主要控续制结构许扭转效槽应，减归小扭转洞对结构上产生的长不利影殊响，使件结构的速抗扭刚盐度不能素太弱。音因为当搏两者接撤近时,由于软振动槐藕连租的影猴响,结构的摇扭转效妖应将明券显增大掀。①.《高规亮条规定：结构谨扭转口为主编的第假一自抱振周欣期Tt与平动灾为主的舍第一自邻振周期T1之比（营即周期废比），A级高度宣高层建疮筑不应映大于0.折9；B级高度造高层建考筑、混寒合结构属高层建怨筑及复短杂高层落建筑不怕应大于0.羞85。30周期比①-碎1.计算疾实例冷分析腥（按et怖ab粥s建模浴分析译）结构衫平面容图31周期比Eta投bs模型抗震体系ABCD结构形式原结构普通腋撑金属阻尼腋撑粘滞阻尼腋撑32周期拆比结构类型振型周期UXUYRZ振型描述Tt/T1原结构11.243000.820Y向平动0.9221.19240.8200X向平动31.1470000.82扭转普通腋撑11.053600.830Y向平动0.8121.02290.8300X向平动30.8564000.84扭转金属阻尼11.124500.830Y向平动0.8521.08620.8300X向平动30.9498000.83扭转粘滞阻尼11.243200.820Y向平动0.9221.19250.8200X向平动31.1473000.82扭转33周期比②.《高规条规定：高层建旷筑结构照计算振锻型数不串应小于9；抗震晶计算时,宜考虑墙平扭藕改连计算全结构的己扭转效筑应,振型额数不荐小于15；对于捏多塔楼恋结构的庭振型数夫不应小饲于塔楼观数的9倍,且计丛算振木型数俱应使慢振型掏参与伏质量樱不小在于总弄质量渗的90限%。34周期比4.控制约的意踩义：如同景位移腾比的便控制就一样泊，周视期比绿侧重员控制赖的是胆侧向刚度与新扭转刚朋度之间念的一种理相对关件系，而岭非其绝省对大小畜，它的顾目的是呀使抗侧森力构件漠的平面档布置更装有效、绑更合理柄，使结烘构不致徒于出现检过大（既相对于算侧移）苦的扭转量效应。周期比意控制不渠是在要宜求结构涉足够结茎实，而鞋是在要凉求结构河承载布缘瑞局的合攻理性。周期比惨不满足跃要求，荐说明结本构的扭邻转刚度鉴相对于浆侧移刚号度较小顽，总的市调整原村则是要加强丢结构妹外圈刑，或抬者削爷弱内逃筒。35“七个浮比值”轴压饿比剪重铲比刚度贪比位移梁比周期壤比刚重比层间恩受剪方承载语力比总结36六、刚到重比1.定义：结构侧向刚度门与重锣力荷赶载的比值。2.设计猎限值兄：由于P-△效应对刷于框架茧结构、惩剪力墙耻结构、童框架-剪力墙孝结构以厉及筒体畅构的影饱响程度批不同，隐各种结挽构体系配有不同借设计要识求限值种。P-质△效应制图37刚重环比该两错项为《髙规》中的港强制对性条尼文！叮！！鱼（《髙规》5愁.4哗.4）38刚重比3.规范条拐文的控屑制目标对于触剪切建型的歌框架纷结构,当刚垂重比吩大于10时,则结房诚构重堪力二今阶效锁应可倍控制要在20袄%以内,结构独的稳兰定已备经具醒有一矩定的汁安全锄储备;当刚炒重比轮大于20时,重力傻二阶闭效应捏对结赚构的歉影响掘已经娱很小,故规末范规居定此泥时可潜以不播考虑笋重力衔二阶丛效应；对于弯曲型村、弯剪型款的剪力跃墙结构浇、框剪耍结构、叫筒体结兴构,刚重隆比大惰于1.4时,结构沾能够皂保持蝇整体松稳定;当刚哈重比除大于2.7时,重力二男阶效应宁导致的浙内力和黎位移增高量仅在5%左右,故规践范规贷定此僵时可尿以不毯考虑架重力计二阶嗽效应庄。39刚重比4.控制的僚意义：研究僵表明定：高被层建雅筑混祥凝土昆结构毒仅在征竖向全重力却作用杰下产朴生整缓体失倍稳的撑可能血性是莫很小塘。高忽层建权筑结迫构的辞稳定器设计勿主要梦是控瓣制在牲风荷雕载或呈水平球地震趟作用推下，瞒重力筒荷载扭产生怨的二距阶效难应(重力P—们△效应)不致过缴大，以议致引起踢结构的志失稳倒横塌。构盟件的刚誓度和重萌力荷载涂之比(刚重比)是影迈响重睁力P—△效应房诚的主庸要参笑数。因此，饼在高层芬建筑结倘构的稳她定性设咸计中，仙涉及到尤刚重比天的两项跑规定是他按强制液性条文余执行的索。若刚重伟比不付满足排规范需要求,通常盾应调谊整结哥构的膀高宽尚比！40“七个庸比值”轴压幸比剪重比刚度察比位移罢比周期比刚重比层间续受剪汗承载森力比总结41七、层间受夹剪承载眼力比1.定义弊：指在梯所考砖虑的陆水平惹地震锄作用垦方向微上，缸该层壳全部害柱及爽剪力伟墙的躬受剪认承载莲力之胖和与其上壤一层受剪承拢载力之惹比。2.公式糖：Vi/Vi+牌1式中：Vi—本层全部剥柱及剪烘力墙的兴受剪承盈载力之郊和；Vi+1—上一鼓层层全贯部柱挤及剪呢力墙柱的受宫剪承图载力臣之和。42层间受喜剪承载炎力比3.规范用条文忌的控骨制目出标①.《高规条规定：A级高行度高里层建至筑的硬楼层哗层间在抗侧铅力结奋构的挎受剪较承载固力不砌宜小宣于其球上一喘层受病剪承序载力数的80珠%，不宵应小副于其登上一踩层受齐剪承没载力聪的65缎%；B级高度亏高层建绝筑的楼幕层层间休抗侧力粘结构的舟受剪承锁载力不沿应小于榴其上一女层受剪忙承载力口的75%。②.《高规》5超.那1.尊1翼4条规定:对竖向葬不规则友的高层旱建筑结辛构……结构左楼层烛层间茫抗侧辫力结献构的艰承载缓力小虹于其记上一迎层的