高層建筑需要控制的參數(shù)及調(diào)整方法

云牧星 鐘曉明

（大連藤和信息技術(shù)有限公司，遼寧 大連116011）

本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程和圖紙審查中通常需要控制的一些總體控制指標(biāo)以及一些對(duì)新規(guī)范的理解和工程經(jīng)驗(yàn)加以歸納總結(jié)，結(jié)合國內(nèi)的PKPM 軟件2010 版以及2010 版新規(guī)范（主要包括《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010》以下簡(jiǎn)稱抗規(guī)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010》以下簡(jiǎn)稱高規(guī)），目的是為了方便廣大的設(shè)計(jì)同行們查詢方便以及對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的控制指標(biāo)有初步的了解認(rèn)識(shí)。

1 軸壓比

1）概念：柱軸壓比指柱考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積的比值。墻肢軸壓比是重力荷載代表值作用下墻肢承受的軸壓力設(shè)計(jì)值與墻肢的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值。二者有所區(qū)別。

2）控制意義：保證結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力，軸壓比是影響墻柱抗震性能的主要因素之一。軸壓比過大，結(jié)構(gòu)的延性無法保證；軸壓比過小，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較差，墻、柱的截面宜優(yōu)化。有時(shí)我們把預(yù)留一定的軸壓比富余值作為結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施之一。

3）規(guī)范限值：見表1 和2。

表1 柱軸壓比限值

表2 剪力墻墻肢軸壓比限值

抗震等級(jí)越高的建筑，對(duì)軸壓比的限制也越嚴(yán)格；框支柱、一字墻等情況軸壓比要求更為嚴(yán)格；混凝土等級(jí)高于C60 以及剪跨比不大于2 的柱也對(duì)軸壓比有更高要求。當(dāng)非抗震時(shí)；采用井字復(fù)合箍、復(fù)合螺旋箍的肢距、間距、直徑達(dá)到規(guī)范要求，以及在柱截面中部設(shè)置由附加鋼筋形成的芯柱時(shí)允許對(duì)軸壓比的限制進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆艑?，但調(diào)整后的軸壓比限值不應(yīng)大于1.05。

4）結(jié)果判斷：本文以PKPM 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件SATWE 為例，軸壓比的計(jì)算結(jié)果可在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的梁彈性撓度、柱軸壓比、墻邊緣構(gòu)件簡(jiǎn)圖中查到。對(duì)于計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求的位置，軸壓比數(shù)值會(huì)自動(dòng)以紅色字符顯示。設(shè)計(jì)人員通常需要注意底層柱墻最大軸力位置，上部各層柱墻截面變化處，以及混凝土等級(jí)變化處柱墻軸壓比是否滿足要求。

通過公式不難看出，把軸壓比控制在規(guī)范范圍之內(nèi)，可以采取以下措施：

①降低上部傳下來的軸壓力設(shè)計(jì)值，可以采用考慮柱墻活荷載折減辦法或優(yōu)化精算梁板荷載的辦法，最大限度減小上部傳下的荷載。②加大柱墻截面尺寸，由于建筑的平面布置要求，有時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員是不能隨心所欲的加大柱墻截面。③提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，由強(qiáng)度等級(jí)不同的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變變化關(guān)系曲線[1]可知，混凝土的強(qiáng)度越高，下降段的坡度越陡，即變形性能越差。④提高軸壓比限值，采用井字復(fù)合箍、復(fù)合螺旋箍以及在柱截面中部設(shè)置附加鋼筋形成芯柱，詳見高規(guī)表6.4.2 條注。

2 周期比

1）概念：周期比是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt 與平動(dòng)為主的第一自振周期T1 之比。

2）控制意義：為了控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對(duì)關(guān)系，使結(jié)構(gòu)的平面布置更合理，以減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。當(dāng)?shù)谝慌まD(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期接近時(shí),因振動(dòng)藕連的影響,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將明顯增大。

3）規(guī)范限值：高規(guī)3.4.5 條規(guī)定，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、超過A 級(jí)高度的混合結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。對(duì)于多層結(jié)構(gòu)可適當(dāng)放寬對(duì)周期比的要求，對(duì)于體育場(chǎng)館、空曠結(jié)構(gòu)和特殊的工業(yè)建筑，一般不需要控制周期比。

4）結(jié)果判斷：SATWE 無法直接查到周期比，尚需人工驗(yàn)算，扭轉(zhuǎn)和平動(dòng)的自振周期可在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的周期振型地震力中查取。

首先根據(jù)扭轉(zhuǎn)系數(shù)和平動(dòng)系數(shù)判斷各振型是扭轉(zhuǎn)振型還是平動(dòng)振型，通常扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5則可認(rèn)為該振型為扭轉(zhuǎn)振型，平動(dòng)系數(shù)大于0.5則可認(rèn)為是平動(dòng)振型。當(dāng)然我們希望得到一個(gè)較純的平動(dòng)或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)周期，即平動(dòng)系數(shù)（XY 方向之和）和扭轉(zhuǎn)系數(shù)趨近1，宜避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)震動(dòng)和平動(dòng)震動(dòng)的混合周期。至于平動(dòng)系數(shù)中X 和Y方向的作用比例，是不需要考慮的。

一般來說周期最長的扭轉(zhuǎn)振型對(duì)應(yīng)的就是第一扭轉(zhuǎn)周期Tt，周期最長的平動(dòng)振型對(duì)應(yīng)的就是第一平動(dòng)周期T1，查看“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡(jiǎn)圖”，觀察該周期值所對(duì)應(yīng)的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，如果其僅僅是局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，需考察次長周期。計(jì)算Tt/T1 是否大于0.9。值得注意的是，高規(guī)條文說明3.4.5.2 中明確了T1 是指剛度較弱方向（即周期最長方向）的平動(dòng)為主的第一振型周期，對(duì)剛度較強(qiáng)方向的平動(dòng)周期比未規(guī)定限定，只需滿足XY平動(dòng)振型中周期最長振型的周期比即可。

上述計(jì)算并不適用于多塔樓結(jié)構(gòu)。當(dāng)遇到多塔結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)分成多個(gè)單塔，按多個(gè)單塔結(jié)構(gòu)分別獨(dú)立計(jì)算、驗(yàn)算。當(dāng)遇到高層樓層開洞口，錯(cuò)層時(shí)，結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生局部振動(dòng)，此時(shí)宜選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計(jì)算結(jié)構(gòu)的周期比。

5）調(diào)整方法：通常的設(shè)計(jì)工作中我們需要對(duì)以下兩種情況的周期比進(jìn)行調(diào)整。

周期比不滿足規(guī)范限值。我們可以理解為第一扭轉(zhuǎn)周期相對(duì)較大，而第一平動(dòng)周期相對(duì)較小。周期和結(jié)構(gòu)剛度是成反比的，那么要做的就是想辦法提高結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)降低結(jié)構(gòu)第一平動(dòng)振型方向的側(cè)移剛度?？箓?cè)力構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)與其距結(jié)構(gòu)剛心的距離是成正比的，增加結(jié)構(gòu)外圈的抗側(cè)力構(gòu)件的剛度將會(huì)顯著的提高結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，減少內(nèi)部的抗側(cè)力構(gòu)件剛度尤其是第一平動(dòng)振型方向的剛度，雖然對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度也有一定的影響，但對(duì)第一平動(dòng)方向的側(cè)移剛度的降低是更明顯的。

通常調(diào)整周期比使之滿足規(guī)范要求的具體手段：①在結(jié)構(gòu)外圈增設(shè)剪力墻；②加大外圈墻柱截面，尤其是角部，角部往往位移也比較大；③增加外圈的梁截面高度，必要時(shí)可做成上翻梁；④將外圈連梁按墻開洞進(jìn)行輸入，充分考慮連梁的剛度影響；⑤削弱內(nèi)筒墻截面，梁高，內(nèi)筒墻開洞后填充；⑥結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件均勻?qū)ΨQ布置。

扭轉(zhuǎn)發(fā)生在前兩個(gè)振型。此種情況周期比往往不能或很難滿足規(guī)范限值要求，抗規(guī)3.5.3規(guī)定，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近，即X 方向的平動(dòng)的振型和Y 方向的平動(dòng)振型的周期要接近，因此我們希望扭轉(zhuǎn)發(fā)生在第三振型及以后。

第一振型為扭轉(zhuǎn)振型時(shí)，說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于X 和Y 方向側(cè)移剛度過小，這時(shí)要加大外圈的結(jié)構(gòu)剛度，同時(shí)削弱內(nèi)部沿X 和Y 兩方向的剛度。

第二振型為扭轉(zhuǎn)振型時(shí)，說明結(jié)構(gòu)在X 和Y兩個(gè)方向的剛度上差別較大，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度相對(duì)于第一振型方向的側(cè)移剛度是合理的，對(duì)另一方向的側(cè)移剛度偏小了，這時(shí)我們可以加大外圈的結(jié)構(gòu)剛度，主要是第一振型方向的外圈剛度，同時(shí)削弱另一方向的內(nèi)部側(cè)移剛度。

3 位移比

1）概念：位移比：樓層豎向構(gòu)件的最大位移與層平均位移的比值。層間位移比：樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移與平均層間位移的比值。層間位移角：樓層豎向構(gòu)件的層間最大位移與層高之比。最大位移：墻、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大位移。層平均位移：墻、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大位移與最小位移之和的一半。最大層間位移：墻、柱層間位移的最大值。平均層間位移：墻、柱層間位移的最大值與最小值之和的一半。

2）控制意義：保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，控制結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)，避免墻柱樓板因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生過多裂縫。同時(shí)位移比也是結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則判定的重要指標(biāo)。

3）規(guī)范限值：高規(guī)3.4.5 條規(guī)定，在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A 級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5 倍，B 級(jí)高度高層建筑、超A級(jí)高度的混合結(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。另外當(dāng)樓層層間位移角不大于高規(guī)3.7.3 條規(guī)定限值的40%時(shí)，豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與層平均位移的比值可適當(dāng)放松，但不應(yīng)大于1.6。

抗規(guī)3.4.4.1.1 條規(guī)定，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5 倍。當(dāng)最大層間位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范限值時(shí)，可適當(dāng)放寬。我們暫且認(rèn)為不應(yīng)大于1.6。

按彈性方法計(jì)算的層間位移角，宜符合高規(guī)3.7.3 條規(guī)定，高度不大于150 米的高層建筑層間位移角不大于表3。

按彈塑性方法計(jì)算的層間位移角的限值，參見表3（高規(guī)3.7.5 條）。

4）結(jié)果判斷：SATWE 程序?qū)Χ喾N工況下各層的位移比，層間位移比，層間位移角均進(jìn)行計(jì)算輸出，在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的結(jié)構(gòu)位移中可查。

表3 樓層層間最大位移與層高之比的限值

查看適當(dāng)?shù)墓r下，位移比，層間位移比及層間位移角是否滿足規(guī)范限值，通常位移比和位移角較大的地方出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的凸凹角部。我們發(fā)現(xiàn)軟件經(jīng)常計(jì)算出頂層的位移比過大，特別是機(jī)房層、出屋面樓梯間層，這是由于軟件沒有扣除無害位移[2]，造成該層位移顯的很大，實(shí)際與樓層受力相關(guān)的層間最大變形并非發(fā)生在頂層。

5）位移比的判定尚需注意以下幾點(diǎn)

①剛性樓板假定?！皠傂詷前寮俣ā敝笜前迤矫鎯?nèi)無限剛，平面外剛度為零的假定。SATWE能自動(dòng)搜索全樓樓板，對(duì)于符合條件的樓板，自動(dòng)判斷為剛性樓板，并采用剛性樓板假定，無須人工干預(yù)。“強(qiáng)制剛性樓板假定”不區(qū)分剛性板彈性板或獨(dú)立的彈性節(jié)點(diǎn)，只要位于樓面標(biāo)高處的所有節(jié)點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)都將強(qiáng)制從屬同一剛性板。如果定義了彈性樓板在計(jì)算位移比，剛度比，周期比等參數(shù)時(shí)應(yīng)選擇此項(xiàng)，以剛性樓板假定計(jì)算；在指標(biāo)計(jì)算完成后應(yīng)去掉此項(xiàng)選擇，以彈性樓板假定進(jìn)行內(nèi)力和配筋計(jì)算。如沒有定義彈性板，不必選擇此項(xiàng)。復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如坡屋頂層、體育館、看臺(tái)、工業(yè)建筑等，這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高，或者本層根本沒有樓板，此時(shí)如果采用“強(qiáng)制剛性樓板假定”，結(jié)構(gòu)分析嚴(yán)重失真，位移比也沒有意義。所以這類結(jié)構(gòu)可以通過位移的“詳細(xì)輸出”或觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖，來考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對(duì)于錯(cuò)層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)總是伴有大量的越層柱，當(dāng)選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”后，越層柱將受到樓層的約束，如果越層柱很多，計(jì)算失真。

②考慮偶然偏心。高規(guī)3.4.5條規(guī)定明確規(guī)定，高層建筑的位移比要考慮偶然偏心的影響。對(duì)于多層建筑，抗規(guī)3.4.4.1 條規(guī)定，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響（由于目前SATWE 軟件已采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)力學(xué)模型），并未要求考慮偶然偏心的影響。對(duì)于層間位移角，高規(guī)3.7.3.3 條注，明確了抗震設(shè)計(jì)時(shí)，層間位移角可不考慮偶然偏心的影響。

③雙向地震作用?？挂?guī)5.1.1.3 條規(guī)定，質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。黃小坤[3]提到，若該值超過扭轉(zhuǎn)位移比下限1.2 較多（比如A 級(jí)高度高層建筑＞1.4 或B 級(jí)高度或復(fù)雜高層建筑＞1.3），則可認(rèn)為扭轉(zhuǎn)明顯，需考慮雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)計(jì)算。復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]中指出，對(duì)復(fù)雜高層建筑及超限建筑工程，當(dāng)不考慮偶然偏心時(shí)的樓層扭轉(zhuǎn)位移比≥1.2 時(shí)，可判定為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布已處于明顯不對(duì)稱狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)計(jì)入雙向地震作用的影響。

對(duì)于需要提高要求的結(jié)構(gòu)，SATWE 可同時(shí)勾選“偶然偏心”和“雙向地震”選項(xiàng)，程序會(huì)同時(shí)考慮兩種情況，并按最不利值配筋。注意SATWE 的“同時(shí)考慮”是指分別計(jì)算單向地震作用下的偶然偏心工況和雙向地震工況，結(jié)果不疊加。

6）位移比的調(diào)整方法：位移比不滿足要求的原因，往往是結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，剛度布置不均勻。只能通過人工調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距進(jìn)行調(diào)整。

最大位移比往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的四角部位；因此應(yīng)注意調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍對(duì)應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度。1）優(yōu)化抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置，均勻?qū)ΨQ。2）利用程序的節(jié)點(diǎn)搜索功能在SATWE 的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號(hào)簡(jiǎn)圖”中快速找到位移最大的節(jié)點(diǎn)，加大該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的截面；加大與該節(jié)點(diǎn)相連的梁截面，對(duì)調(diào)整位移比效果顯著；加大最大位移相鄰節(jié)點(diǎn)位置的柱墻截面也能起到一定的效果。3）在周期比相對(duì)規(guī)范限值有一定富余時(shí)，可以優(yōu)化減小位移較小位置的截面尺寸，使結(jié)構(gòu)剛度均勻，同時(shí)也增大了結(jié)構(gòu)的平均位移，使位移比有所減小，此方法收效不如前兩方法。

4 剛度比

1）概念：剛度比又稱層剛度比，是結(jié)構(gòu)不同樓層側(cè)向剛度的比值。

2）控制意義：控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性，避免結(jié)構(gòu)豎向剛度發(fā)生突變，形成薄弱層。剛度比是判斷結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。

5 規(guī)范限值

1）高規(guī)3.5.2 條規(guī)定，對(duì)框架結(jié)構(gòu)，樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8。對(duì)框架-剪力墻、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)，本層與相鄰上層的比值不宜小于0.9，當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5 倍時(shí)，該比值不宜小于1.1；對(duì)結(jié)構(gòu)底部嵌固層，該比值不宜小于1.5。

2）高規(guī)5.3.7 條規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下一層與首層側(cè)向剛度比不宜小于2。

3）高規(guī)附錄E.0.1 規(guī)定當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2 層時(shí)，轉(zhuǎn)換層與其相臨上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γ 宜接近1，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)γ ≤3，抗震設(shè)計(jì)時(shí)γ ≤2。

4）結(jié)果判斷：在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息中可查到，Ratx，Raty:X，Y 方向本層塔側(cè)移剛度與下一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值；Ratx1，Raty1:X，Y 方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者；Ratx2，Raty2:X，Y 方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度90%、110%或者150%比值。110%指當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高1.5 倍時(shí)，150%指嵌固層。

對(duì)于地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，首層與地下一層的剛度比Ratx，Raty 宜小于0.5；當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2 層時(shí)，Ratx，Raty 非抗震時(shí)應(yīng)小于2.25，抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)小于2；當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2 層以上時(shí)，Ratx，Raty 應(yīng)小于1.66；高位轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換層下部與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比，XY 方向等效剛度比非抗震時(shí)不應(yīng)小于0.5，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.8。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)Ratx1，Raty1 宜大于1，對(duì)框架-剪力墻、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)Ratx2，Raty2 宜大于1。

SATWE 提供了三種剛度比計(jì)算的方法：剪切剛度（Ki=GiAi/hi）,剪彎剛度（Hi/Δi），地震剪力與地震層間位移比值（Vi/Δi）。2010 版軟件在計(jì)算地震作用時(shí)，始終采用第三種方法進(jìn)行薄弱層判斷，當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在轉(zhuǎn)換層時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)，當(dāng)2 層以下轉(zhuǎn)換時(shí)，采用剪切剛度計(jì)算轉(zhuǎn)換層上下的等效剛度比，對(duì)與3 層以上高位轉(zhuǎn)換則自動(dòng)進(jìn)行剪彎剛度計(jì)算，并采用剪彎剛度計(jì)算等效剛度比。有文獻(xiàn)提出，不計(jì)算地震作用時(shí)：對(duì)于多層結(jié)構(gòu)可以選擇剪切剛度算法，高層結(jié)構(gòu)及有斜支撐的鋼結(jié)構(gòu)可以選擇剪彎剛度算法。

剪切剛度，不能考慮有斜向支撐，也不能考慮剪力墻洞口對(duì)層剛度的影響。剪彎剛度，適用于各種情況。地震層剪力與層平均位移的比值，平面洞口較多時(shí)，會(huì)增加層平均位移的計(jì)算誤差，即使沒有定義彈性樓板，為了保證樓層內(nèi)節(jié)點(diǎn)同步，此時(shí)也宜選擇“強(qiáng)制剛性樓板假定”來計(jì)算層剛度比。同位移比一樣，對(duì)于上述體育館、看臺(tái)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)來說，剛度特性的控制意義也不大。

5）調(diào)整方法：

1）出現(xiàn)薄弱層，對(duì)薄弱層進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，SATWE 會(huì)自動(dòng)判定薄弱層，并根據(jù)高規(guī)4.3.12條對(duì)薄弱層地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力乘以1.15 的增大系數(shù)，再根據(jù)高規(guī)對(duì)地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)乘以1.25 的增大系數(shù)。

2）適當(dāng)降低本層層高或適當(dāng)提高上部相關(guān)樓層的層高。

3）當(dāng)加強(qiáng)本層墻、柱和梁的截面或適當(dāng)削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的截面，以調(diào)整本層與上部相關(guān)樓層的剛度比。

6 剛重比

1）概念：剛重比是結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計(jì)值之比。

2）控制意義：控制結(jié)構(gòu)不失穩(wěn)倒塌。剛重比是控制結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，同時(shí)它也是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)。

3）規(guī)范限值

1)高規(guī)5.4.1 條規(guī)定滿足如下條件，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響：①剪力墻機(jī)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)、

筒體結(jié)構(gòu)：

②框架結(jié)構(gòu)：

2)高規(guī)5.4.4 條規(guī)定高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性應(yīng)符合如下要求：①剪力墻機(jī)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)：

②框架結(jié)構(gòu)：

EJd—彈性等效側(cè)向剛度，可近似按倒三角分布荷載作用下頂點(diǎn)位移相等原則，將側(cè)向剛度折算為豎向懸臂受彎構(gòu)件的等效側(cè)向剛度。即假定倒三角分布荷載的最大值為q，頂點(diǎn)彈性水平位移為u，房屋高度為H，。H 為房屋高度，Gi、Gj 為第i、j 樓層重力荷載設(shè)計(jì)值，hi 為第i 樓層層高，Di 為第i 樓層的彈性等效側(cè)向剛度，可取該層剪力與層間位移的比值，n 為結(jié)構(gòu)計(jì)算總層數(shù)。

4）結(jié)果判斷：在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息中結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果可查。軟件分別列出X 和Y 方向的剛度比，并自動(dòng)進(jìn)行整體穩(wěn)定性及重力二階效應(yīng)驗(yàn)算。當(dāng)需要考慮重力二階效應(yīng)時(shí)，抗規(guī)3.6.3 附錄給出了彈性分析時(shí)，考慮二階效應(yīng)的內(nèi)力增大系數(shù)1/（1-θ）的簡(jiǎn)化方法，彈塑性分析時(shí)采用考慮受軸向力的結(jié)構(gòu)幾何剛度的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行分析。高規(guī)5.4.3 條給出了采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算，或采用對(duì)未考慮重力二階效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果乘以增大系數(shù)的方法近似考慮，本文不再詳述。

5）調(diào)整方法：剛重比與結(jié)構(gòu)剛度成正比與荷載、層高成反比。 1）增加結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度即加大梁柱墻截面尺寸。2）降低層高。3）優(yōu)化樓層荷載考慮荷載折減等。

7 剪重比

1）概念：剪重比為對(duì)應(yīng)與水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力與重力荷載代表值的比值，即抗規(guī)5.2.5 條的剪力系數(shù)λ。

2）控制意義：由于地震影響系數(shù)在長周期段下降較快，對(duì)于基本周期大于3.5s 的結(jié)構(gòu)，計(jì)算所得的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能太?。粚?duì)于長周期結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)態(tài)作用中的地面運(yùn)動(dòng)速度和位移可能對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞具有更大影響，但振型分解反應(yīng)譜法無法對(duì)此作出估計(jì)。出于結(jié)構(gòu)安全的考慮，提出了對(duì)水平剪力最小值的要求，規(guī)定了不同烈度下的剪力系數(shù)。

3）規(guī)范限值：抗規(guī)5.2.5 條規(guī)定了樓層最小地震剪力系數(shù)值見表4，對(duì)于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱層，尚應(yīng)乘以1.15 的增大系數(shù)。

表4 樓層最小地震剪力系數(shù)值

4）結(jié)果判斷：在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的周期振型地震力中分別列出X 和Y 方向各層的剪重比，以及按抗規(guī)5.2.5 條（表4）要求的樓層最小剪重比方便設(shè)計(jì)人員比較。對(duì)于單塔的一般結(jié)構(gòu)應(yīng)參考“整層剪重比”，對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)應(yīng)參考“分塔剪重比”。

這里還注意一個(gè)有效質(zhì)量系數(shù)的概念，即計(jì)算振型的有效質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比。我們知道SATWE 采用考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法來計(jì)算地震作用，有些結(jié)構(gòu)需要較多振型才能準(zhǔn)確計(jì)算地震作用，比如平面復(fù)雜、樓面的剛度不是無窮大、振型整體性差、局部振動(dòng)明顯等結(jié)構(gòu)，這種情況往往需要很多振型才能使有效質(zhì)量系數(shù)滿足要求?？挂?guī)5.2.2 條附錄規(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%的所需的振型數(shù)。為了正確的計(jì)算剪重比，有效質(zhì)量系數(shù)大于90%是前提。有時(shí)我們會(huì)遇到計(jì)算振型數(shù)取的很大，依然無法滿足有效質(zhì)量系數(shù)的要求，這通常是結(jié)構(gòu)空間剛度較差或缺少約束，造成局部振動(dòng)較大，可以通過強(qiáng)制剛性樓板假定過濾掉局部振動(dòng)或者增加振動(dòng)方向的約束等方法。

5）調(diào)整方法：剪重比過分大，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較差，宜適當(dāng)減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。如計(jì)算出剪重比過小，說明上部結(jié)構(gòu)過柔，要增加上部結(jié)構(gòu)的剛度，來吸收更多的地震力，水平地震剪力增加了，剪重比也就增大了。換言之增加結(jié)構(gòu)剛度則結(jié)構(gòu)周期會(huì)減小，按地震影響系數(shù)曲線查出的地震影響系數(shù)變大，算出的地震作用變大，剪重比就增大了。

抗規(guī)5.2.5 附錄（表4）給出了剪重比調(diào)整的注意事項(xiàng)：①當(dāng)?shù)撞靠偧袅ο嗖钶^多時(shí)，結(jié)構(gòu)的選型和總體布置需重新調(diào)整，不能僅乘以增大系數(shù)來調(diào)整。②只要底部總剪力不滿足要求，則結(jié)構(gòu)各樓層的剪力均需要調(diào)整，不能僅調(diào)整不滿足的樓層。③滿足最小地震剪力是結(jié)構(gòu)后續(xù)抗震計(jì)算的前提，只有調(diào)整到符合最小剪力的要求才能進(jìn)行相應(yīng)的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等的計(jì)算分析。④采用時(shí)程分析法時(shí)，計(jì)算總剪力也需要符合最小地震剪力的要求。⑤各類結(jié)構(gòu)，包括鋼結(jié)構(gòu)、隔震和消能減震結(jié)構(gòu)均需一律遵守。

1）當(dāng)剪重比偏小且月規(guī)范限值相差較大時(shí)，只能通過加強(qiáng)豎向構(gòu)件的剛度的辦法進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，即加強(qiáng)墻柱截面尺寸的方法。

有文獻(xiàn)指出，當(dāng)僅增大結(jié)構(gòu)下部少數(shù)樓層的側(cè)移剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)的基本周期變化不大，水平地震作用增幅有限。同時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)剛度的增大，使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量略有增加，致使結(jié)構(gòu)的“剪重比”變化不大。特別是在受到建筑方案的限制，僅能加厚剪力墻的墻厚時(shí)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加的比率可能大于水平地震作用的增大比率，反而可能導(dǎo)致“剪重比”的減小。但當(dāng)沿結(jié)構(gòu)自下而上的大多數(shù)樓層（包括“剪重比”滿足規(guī)范要求的樓層）直致結(jié)構(gòu)全高增大結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)基本周期的減小愈發(fā)顯著，結(jié)構(gòu)水平地震作用的增大比率愈發(fā)大于結(jié)構(gòu)質(zhì)量的增大比率，結(jié)構(gòu)的剪重比也隨之增大。

2）當(dāng)剪重比偏小但與規(guī)范限值相差不大（有文獻(xiàn)指出剪重比達(dá)到規(guī)范限值的80%以上）時(shí)，可進(jìn)行如下調(diào)整：①在SATWE 的“調(diào)整信息”中勾選“按抗震規(guī)范5.2.5 調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”，SATWE 按抗規(guī)5.2.5（表4）自動(dòng)將樓層最小地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和，調(diào)整該樓層地震剪力。②在SATWE 的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1 的數(shù)，人工增大地震作用。 ③在SATWE的“地震信息”中，適當(dāng)減小“周期折減系數(shù)”，增大地震作用。后兩種方法僅從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，人為增大地震作用，缺乏依據(jù)且可能造成不必要的材料浪費(fèi)，并不推薦使用。

8 層間受剪承載力之比

1）概念：本層與其相臨上一層的層間受剪承載力之比。層間受剪承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱、剪力墻、斜撐的受剪承載力之和。

2）控制意義：層間受剪承載力之比是判斷結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則性的重要指標(biāo)，避免樓層抗側(cè)力構(gòu)件的受剪承載能力沿豎向發(fā)生突變，形成薄弱層。

3）規(guī)范限值

抗規(guī)3.4.3.1 條規(guī)定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%認(rèn)為樓層承載力突變屬于結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則?？挂?guī)3.4.4.2 條及5.2.5條規(guī)定還規(guī)定豎向不規(guī)則的建筑，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，剛度小的樓層的地震剪力應(yīng)乘以不小于1.15 的增大系數(shù)，且薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于相鄰上一樓層的65%。

高規(guī)3.5.3 條規(guī)定A 級(jí)高度建筑樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層的65%；B級(jí)高度建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。高規(guī)3.5.8條還規(guī)定，承載力變化的樓層，其對(duì)應(yīng)的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)乘以1.25 的增大系數(shù)。

4）結(jié)果判斷：在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息中的樓層抗剪承載力、及承載力比值可查到Ratio_Bu X,Y（本層與上一層的承載力之比），并給出XY 方向最小樓層抗剪承載力之比及所在層號(hào)。通常受剪承載力不足的層出現(xiàn)在首層及上部豎向抗側(cè)力構(gòu)件突變層。

5）調(diào)整方法：1）對(duì)薄弱層進(jìn)行進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，同剛度比薄弱層調(diào)整方法。2）適當(dāng)降低層間抗剪承載力不足樓層的層高，或增加相鄰上層層高，此方法多用于首層抗剪承載力之比不足的情況。3）當(dāng)加強(qiáng)薄弱層墻、柱和梁的截面以提高承載力，或適當(dāng)削弱上部相臨樓層墻、柱和梁的截面降低上部相鄰層的承載力。4）SATWE 中，混凝土構(gòu)件承載力是以計(jì)算配筋乘以實(shí)配鋼筋超配系數(shù)計(jì)算得到的，適當(dāng)將超配系數(shù)取大以增大計(jì)算出的抗剪承載力，此方法存在很多不安全因素且沒有控制依據(jù)，不推薦采用。

9 框架柱及短肢墻地震傾覆力矩及0.2V0 剪力調(diào)整

1）概念：框架剪力墻結(jié)構(gòu)或框架核心筒結(jié)構(gòu)中，在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分（短肢剪力墻部分）承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的比值。

2）控制意義：框架部分承受的地震傾覆力矩的比例是結(jié)構(gòu)類型的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并決定結(jié)構(gòu)各部分的設(shè)計(jì)要求及適用高度?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)按多道設(shè)防的概念設(shè)計(jì)要求，墻體為第一道防線優(yōu)先破壞，由于塑性內(nèi)力重分布，框架部分的剪力會(huì)加大，為了保證框架作為第二道防線具有足夠的抗側(cè)力能力，需要對(duì)框架承擔(dān)的剪力進(jìn)行0.2V0調(diào)整。

3）調(diào)整的限值：高規(guī)7.1.8 條規(guī)定，在規(guī)定水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部?jī)A覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50% 。

高規(guī)8.1.3 條規(guī)定1）框架部分承受的地震傾覆力矩不大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的10%時(shí)，按剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中框架部分應(yīng)按框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2）框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的10%但不大于50%時(shí)，按框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3）框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的50%但不大于80%時(shí)，按框架剪力墻設(shè)計(jì)，最大適用高度可比框架適當(dāng)增加，框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比宜按框架結(jié)構(gòu)采用。4）框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的80%時(shí)，按框架剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)，最大適用高度宜按框架結(jié)構(gòu)采用，框架部分的抗震等級(jí)和軸壓比應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)采用。

高規(guī)10.2.16.7 規(guī)定框支框架承擔(dān)的地震傾覆力矩應(yīng)小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50% 。

高規(guī)8.1.4 條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)滿足Vf ≥0.2V0 的樓層，對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的框架總剪力不必調(diào)整，否則應(yīng)按0.2V0和1.5Vf,max 二者的較小值采用。其中V0 為對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的結(jié)構(gòu)底層或分段底層總剪力；Vf 為對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值且未經(jīng)調(diào)整的各層框架承擔(dān)的地震總剪力；Vf,max 為對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值且未經(jīng)調(diào)整的各層框架承擔(dān)的地震總剪力或分段總剪力中的最大值。

4）結(jié)果判斷：在SATWE 分析結(jié)果圖形和文本顯示中框架柱傾覆彎矩及0.2V0 調(diào)整系數(shù)中，給出了規(guī)定水平力框架柱及短肢墻地震傾覆力矩百分比(抗規(guī)) 和內(nèi)力CQC 的框架柱及短肢墻地震傾覆力矩百分比，其中分別給出了框架柱、短肢墻及框支框架的地震傾覆彎矩百分比。

抗規(guī)方式即按照抗規(guī)6.1.3 條文說明中的框架部分地震傾覆力矩計(jì)算公式計(jì)算：；軸力方式即按照力學(xué)公式[5]計(jì)算：

內(nèi)力CQC 方式傾覆力矩計(jì)算公式為：

由于新高規(guī)8.1.3 規(guī)定了地震傾覆力矩應(yīng)是在規(guī)定水平力作用下計(jì)算的，內(nèi)力CQC 方法為08 版SATWE 舊計(jì)算方法，現(xiàn)已不再采用，僅做參考使用與舊規(guī)范銜接。一般而言，對(duì)于對(duì)稱布置的框剪、框筒結(jié)構(gòu)，軸力方式的框架傾覆力矩要遠(yuǎn)大于抗規(guī)方式的傾覆力矩，而對(duì)于非對(duì)稱布置的框剪、框筒結(jié)構(gòu)，軸力方式的框架傾覆力矩與抗規(guī)方式的傾覆力矩比較接近?？挂?guī)方式是一種簡(jiǎn)化計(jì)算方法，但部分情況下會(huì)統(tǒng)計(jì)偏小。軸力方式可以反映框架的數(shù)量及空間布置情況，但對(duì)于合力點(diǎn)的選取缺乏理論依據(jù)，尚未完善。因此目前版本暫推薦使用規(guī)定水平力框架柱及短肢墻地震傾覆力矩百分比(抗規(guī))作為地震傾覆力矩的控制依據(jù)。

5）調(diào)整方法：根據(jù)X、Y 方向柱墻的傾覆力矩百分比進(jìn)行調(diào)整，方法即增減相應(yīng)方向的墻長及數(shù)量。這里要注意：1）X、Y 方向的柱傾覆力矩宜控制在相同結(jié)構(gòu)類型的傾覆力矩區(qū)段內(nèi)（即避免出現(xiàn)一個(gè)方向按剪力墻設(shè)計(jì)，另一方向按框架剪力墻設(shè)計(jì)之類的情況）。2）雖然高規(guī)只要求按結(jié)構(gòu)底層的傾覆力矩百分比就可確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，但考慮到結(jié)構(gòu)可能僅底層過強(qiáng)，及結(jié)構(gòu)整體自下而上過渡的連續(xù)漸變性，這里推薦將底部加強(qiáng)區(qū)層的柱傾覆力矩百分比都調(diào)整至相同的結(jié)構(gòu)類型的傾覆力矩區(qū)段內(nèi)。3）由于軟件在進(jìn)行長短墻判斷時(shí)，只識(shí)別模型節(jié)點(diǎn)之間的距離，在建立模型時(shí)，應(yīng)注意控制輸入的墻節(jié)點(diǎn)距離大于8 倍墻厚，減少計(jì)算中的短肢墻數(shù)量。4）0.2V0調(diào)整是滿足剪重比的前提下進(jìn)行的。0.2V0 調(diào)整的放大系數(shù)只針對(duì)框架梁柱的彎矩和剪力，不調(diào)整軸力。對(duì)柱剪力及彎矩調(diào)整后，SATWE 對(duì)所有梁的彎矩、剪力同時(shí)進(jìn)行放大。對(duì)于部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的框支柱定義后軟件自動(dòng)按高規(guī)10.2.17調(diào)整，不需再進(jìn)行0.2V0 調(diào)整。由于0.2V0 調(diào)整可能導(dǎo)致過大的不合理的調(diào)整系數(shù)，所以程序允許進(jìn)行分段分塔調(diào)整，調(diào)整宜從地下一層頂板開始；分段調(diào)整時(shí)，每段層數(shù)不小于3 層，底部加強(qiáng)部位的樓層應(yīng)在同一段內(nèi)。

10 結(jié)語

通過上文對(duì)高層建筑幾個(gè)常用控制指標(biāo)的介紹，希望對(duì)大家新版規(guī)范和新版軟件的理解有所幫助。了解指標(biāo)的概念和控制意義，從本質(zhì)上把握這些指標(biāo)；了解規(guī)范限值的出處，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)；通過本文提供的指標(biāo)調(diào)整方法，解決大家實(shí)際工程中遇到的部分問題。

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