結(jié)構(gòu)設(shè)計時結(jié)構(gòu)參數(shù)的控制與分析

趙冰冰 陳曉文

摘 ? ?要：在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，大家都明白要控制好結(jié)構(gòu)參數(shù)，好的結(jié)構(gòu)參數(shù)下設(shè)計出的結(jié)構(gòu)圖紙，會能更好的滿足現(xiàn)在人的需求，如經(jīng)濟性、抗震合理性、安全性、耐久性，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計師能很清晰的了解各個參數(shù)的控制要點及處理方式是極其關(guān)鍵的，也是一個成熟結(jié)構(gòu)師鑒定的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：控制參數(shù);結(jié)構(gòu)調(diào)整

1 ?概述

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)把控好結(jié)構(gòu)整體參數(shù)的控制，各個控制參數(shù)與結(jié)構(gòu)的各個抗側(cè)力構(gòu)件的剛度有著直接關(guān)系，同時參數(shù)之間也息息相關(guān)，整體參數(shù)控制好有助于結(jié)構(gòu)設(shè)計更加經(jīng)濟合理。整體參數(shù)的控制其實就是對結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的控制，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置方式及截面大小，改變整體或局部剛度，達到整體參數(shù)控制的要求，控制參數(shù)一般有周期比、位移比、層間位移角、剪重比、剛重比、層間受剪承載力比、及豎向構(gòu)件滿足延性要求的軸壓比。

2 ?周期比的控制與分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條及條文說明，周期比為結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的的第一自振周期Tt與平東為主的的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)范所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85，。周期比主要是限制結(jié)構(gòu)抗扭剛度不能太弱，提高建筑物必要的抗扭剛度，減少扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，增加結(jié)構(gòu)的抗扭安全性。通常當(dāng)周期比不滿足規(guī)范要求時，說明結(jié)構(gòu)抗扭剛度相對于側(cè)移剛度較小，造成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)偏大，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置不當(dāng)，或者整體剛度偏小，由于結(jié)構(gòu)外圍的抗側(cè)力構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的抗扭剛度貢獻最大，所以一般會調(diào)整的原則是加強建筑物外圍墻、柱或梁的剛度，或者適當(dāng)減弱中間部位構(gòu)件的剛度。采用結(jié)構(gòu)自身剛度與周期比的關(guān)系，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，增加需要減少周期方向的剛度，減少需要增加周期方向的剛度，并且保證第一陣型、第二陣型為平動，兩者周期相近，第三周期為扭轉(zhuǎn)。

3 ?位移比的控制與分析

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條及條文說明，在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A級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級高度高層建筑、超過A級高度的混合結(jié)構(gòu)及本規(guī)范所指的復(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1.4倍。位移比主要是限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)律性，防止產(chǎn)生過大的偏心，避免導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。通過軟件計算位移比時，樓板要采用剛性樓板假定，結(jié)構(gòu)最大水平位移與層間位移往往出現(xiàn)在角度，因此應(yīng)注意調(diào)整外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，減小結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心的偏心距。一般情況可以通過軟件中構(gòu)件編號簡圖中，查找結(jié)構(gòu)剛度薄弱點，通過加強構(gòu)件本身剛度從而滿足結(jié)構(gòu)位移比的要求。

4 ?剪重比的控制與分析

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.2.5要求，規(guī)范要求抗震驗算時，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)滿足最小地震剪力系數(shù)與重力荷載代表值的乘積。剪重比主要限制各樓層的最小水平地震剪力，確保周期較長的結(jié)構(gòu)的地震剪力不能太小，保證結(jié)構(gòu)安全。剪重比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的剛度相對于水平地震力偏小，應(yīng)根據(jù)要求提高構(gòu)件剛度;當(dāng)剪重比偏大，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性較差，應(yīng)適當(dāng)減少豎向構(gòu)件的截面面積或構(gòu)件數(shù)量。若出現(xiàn)剪重比不滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范要求時，軟件可以根據(jù)抗規(guī)要求自動將樓層最小剪力系數(shù)直接乘以該層及上一層重力荷載代表值之和，從而調(diào)整該樓層的地震力，來滿足結(jié)構(gòu)的剪重比要求，但此類方式會對整個樓層采用增大地震力的方式處理，會造成浪費，并且在結(jié)構(gòu)受力方面來說也不是好的處理方式，通常做法還是通過調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置來協(xié)調(diào)滿足剪重比的要求。

5 ?剛重比的控制與分析

建筑物重力荷載在水平作用位移效應(yīng)會引起的二階效應(yīng)，剛重比主要是判斷在計算中是否要考慮二階效應(yīng)，具體要求詳見《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.4.1、5.4.2條。當(dāng)剛重比不滿足要求時，說明重力二階效應(yīng)的影響較大，在計算時應(yīng)該考慮。規(guī)范的下限主要是控制重力荷載在水平作用下引起的二階效應(yīng)不應(yīng)過大，避免結(jié)構(gòu)失穩(wěn)倒塌，在處理時應(yīng)該增加構(gòu)件剛度，以致能抵抗二階效應(yīng)，但剛重比也不宜過大，避免不必要的經(jīng)濟浪費。

6 ?層間位移角的控制與分析

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》5.5.1對層間位移角提出了明確的要求，位移角的限值主要是確保結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性、和正常使用要求。當(dāng)位移角不滿足要求時，說明豎向構(gòu)件的剛度不滿足要求，在設(shè)計時應(yīng)加強剪力墻、柱等豎向構(gòu)件的截面尺寸，或者增加構(gòu)件數(shù)量;同時位移角也不宜過小，這樣勢必造成造價增加。在設(shè)計時位移角的計算是在剛性樓板假定下進行的，樓板應(yīng)在構(gòu)造上加強。

7 ?層間受剪承載力比的控制與分析

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.3條A級高度高層建筑的樓層抗側(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)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%，B級高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的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%.，此項主要是限制結(jié)構(gòu)豎向布置的的不規(guī)則性，避免樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力沿豎向突變，避免薄弱層。當(dāng)出現(xiàn)層間受剪承載力比不足時，可根據(jù)規(guī)范要求把該層定義為薄弱層，并采用加強薄弱層的措施加強本層構(gòu)造;同時，若可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置的方法避免時，可增大本層豎向構(gòu)件的抗剪承載力能力，如加大截面，增加混凝土強度，減少上一層的抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力。

8 ?軸壓比的控制與分析

軸壓比主要是保證結(jié)構(gòu)存有一定的延性要求，規(guī)范對框架柱、剪力墻墻肢提出了明確的軸壓比要求。當(dāng)軸壓比不能滿足規(guī)范要求時，說明結(jié)構(gòu)的延性要求不能滿足正常使用的延性要求，但同時也不能把軸壓比過小，這說明豎向構(gòu)件過大，不利于室內(nèi)空間使用要求，并且造價勢必會很高。

9 ?結(jié)論

結(jié)構(gòu)參數(shù)的控制是結(jié)構(gòu)設(shè)計時的關(guān)鍵，他決定建筑物本事的抗側(cè)力的能力，好的結(jié)構(gòu)設(shè)計能更好的在特殊情況下滿足人們的使用要求，并且還是人類在逃避災(zāi)難的必要場所，同時合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)能避免不必要的浪費，能為建設(shè)方節(jié)省更多資源。設(shè)計人員在進行設(shè)計工作時也有了明確的控制要求，對設(shè)計工作更有指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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[2] GB 50011—2010.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].