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结构设计需要控制的几个比值

结构设计的难点在于竖向承重构件(柱、剪力墙)和水平构件(框架梁和连梁)组成的抗侧构件的合理布置,即方案设计。

方案设计控制的目标参数主要有如下几个(轴压比、剪重比、刚度比、位移比/层间位移角、周期比、层间受剪承载力比、刚重比):

1、轴压比

主要为限制结构的轴压比,保证结构的延性要求,规范对墙肢和柱均有

相应限值要求,见抗规6.3.66.4.2高规6.4.27.2.13及相应的条文说明。轴压比不满足要求,结构的延性要求无法保证;轴压比过小,

则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

轴压比不满足时的调整方法:

增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

2、剪重比:

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力,确保周期较长结构的安全,

抗规5.2.5,高规4.3.12及相应的条文说明。这个要求如同最小配筋率的要求,算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求,就要人为提高,并

按这个最低要求完成后续的计算。

剪重比不满足时的调整方法:

1、程序调整:在SATWE 的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5 调整各楼层地震内力”后,SATWE 按抗规5.2.5 自动将楼层最小地震剪力系数

直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和,用以调整该楼层地震剪力,以满足剪重比要求。

2、人工调整:如果还需人工干预,可按下列三种情况进行调整:

1)当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时,说明结构过柔,宜适当加大墙、柱截面,提高刚度。

2)当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时,说明结构过刚,宜适当减小墙、柱截面,降低刚度以取得合适的经济技术指标。

3)当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时,可在SATWE 的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1 的系数增大地震作用,

以满足剪重比要求。

3、刚度比:

主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免结构刚度沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.3高规3.5.2及相应的条文说明;对于形成的薄弱层则

高规3.5.8予以加强。

刚度比不满足时的调整方法:

1、程序调整:如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求,SATWE 自动将该楼层定义为薄弱层,并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25 倍。

2、人工调整:如果还需人工干预,可按以下方法调整:

1)适当降低本层层高,或适当提高上部相关楼层的层高。

2)适当加强本层墙、柱和梁的刚度,或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。

4、位移比:

主要为限制结构平面布置的不规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。见抗规3.4.3高规3.4.5及相应的条文说明。

位移比不满足时的调整方法:

1、程序调整:SATWE 程序不能实现。

2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,减小结构刚心与形心的偏心距;调整方法如下:

1)由于位移比是在刚性楼板假定下计算的,最大位移比往往出现在结构的四角部位;因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度;同时

在设计中,应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。

2)利用程序的节点搜索功能在SATWE 的“分析结果图形和文本显示”中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到位移最大的节点,加强该节点

对应的墙、柱等构件的刚度;也可找出位移最小的节点削弱其刚度;直到位移比满足要求。

5、周期比:

主要为限制结构的抗扭刚度不能太弱,使结构具有必要的抗扭刚度,减小扭转对结构产生的不利影响,见高规3.4.5及相应的条文说明。周期比不满

足要求,说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小,扭转效应过大,结构抗侧力构件布置不合理。

周期比不满足时的调整方法:

1、程序调整:SATWE 程序不能实现。

2、人工调整:只能通过人工调整改变结构布置,提高结构的抗扭刚度;总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度,适当削弱结构中间墙、柱

的刚度;利用结构刚度与周期的反比关系,合理布置抗侧力构件,加强需要减小周期方向(包括平动方向和扭转方向)的刚度,或削弱需要增大

周期方向的刚度。当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整:

1)SATWE 程序中的振型是以其周期的长短排序的。

2)结构的第一、第二振型宜为平动,扭转周期宜出现在第三振型及以后。结构在两个主轴方向的动力特性(周期和振型)宜相近。

3)当第一振型为扭转时,说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴(第二振型转角方向和第三振型转角方向,一般都靠近X 轴和Y 轴)的抗侧移刚

度过小,此时宜沿两主轴适当加强结构外围的刚度,并适当削弱结构内部的刚度。

4)当第二振型为扭转时,说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大,结构的抗扭刚度相对其中一主轴(第一振型转角方向)的抗侧移刚度

是合理的;但相对于另一主轴(第三振型转角方向)的抗侧移刚度则过小,此时宜适当削弱结构内部沿“第三振型转角方向”的刚度,并适当加

强结构外围(主要是沿第一振型转角方向)的刚度。

5)在进行上述调整的同时,应注意使周期比满足规范的要求。

6)当第一振型为扭转时,周期比肯定不满足规范的要求;当第二振型为扭转时,周期比较难满足规范的要求。

6、刚重比:

主要是控制在风荷载或水平地震作用下,重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌,见高规5.4.15.4.4及相应的条文说明。

刚重比不满足要求,说明结构的刚度相对于重力荷载过小;但刚重比过分大,则说明结构的经济技术指标较差,宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面

面积。

刚重比不满足时的调整方法:

1、程序调整:SATWE 程序不能实现。

2、人工调整:只能通过人工调整增强竖向构件,加强墙、柱等竖向构件的刚度。

7、层间受剪承载力比:

主要为限制结构竖向布置的不规则性,避免楼层抗侧力结构的受剪承载能力沿竖向突变,形成薄弱层,见抗规3.4.3高规3.5.3及相应的条文说明;

对于形成的薄弱层应按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25 倍。

层间受剪承载力比不满足时的调整方法:

1、程序调整:在SATWE 的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,SATWE 按高规3.5.8将该楼层

地震剪力放大1.25 倍。

2、人工调整:如果还需人工干预,可适当提高本层构件强度(如增大柱箍筋和墙水平分布筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗

侧力构件的抗剪承载力,或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。

如果结构竖向较规则,第一次试算时可只建一个结构标准层,待结构的周期比、位移比、剪重比、刚度比等满足之后再添加其它标准层;这样可

以减少建模过程中的重复修改,加快建模速度。

上述几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变,在调整过程中可能相互关联,应注意不要顾此失彼。

上述调整方法针对的是一般的高层结构,对于复杂的高层结构还需要更多的经验和专业知识才能解决问题。

8、层间位移角:

主要为限制结构在正常使用状态,水平荷载作用下水平位移过大,是人产生不舒适感。见高规3.7相关要求。

1、程序调整:SATWE 程序不能实现。

2、人工调整:只能通过人工调整改变结构平面布置,整体增大抗侧刚度,或者调整抗侧构件布置,方法如下:

当抗侧构件较少时,可整体增大抗侧刚度,增加墙柱或者增大框架梁和连梁高度。

当抗侧构件较多时,可调整抗侧构件布置,增加外围抗侧刚度,减少中部抗侧刚度。

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