淺析建筑結構模型周期比的調整方法

楊宇

【摘要】周期比是建筑結構中一個非常重要的控制信息，周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不至于出現過大（相對于側移）的扭轉效應。隨著時代發展，現階段建筑方案越來越復雜，其平面形狀也越來越多不規則，因此滿足周期比也越來越困難。理解結構剛度和周期之間的關系，歸納周期比的調整方法，使結構布局更合理，縮短模型的調整時間，為周期比的調整提供參依據

【關鍵詞】建筑結構；周期比；剛度

1、概述

周期比控制什么？ 如同位移比的控制一樣，周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不至于出現過大（相對于側移）的扭轉效應。一句話，周期比控制不是在要求結構足夠結實，而是在要求結構承載布局的合理性

周期比是新高規的3.4.5條規定，結構扭轉為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1 之比，A級高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。

周期比不滿足要求，如何調整？一旦出現周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調整往往收效甚微。周期比不滿足要求說明結構的扭轉剛度相對于側移剛度較大，總的調整原則是加強結構外圈剛度，削弱結構內筒剛度。

2、周期比的調整方法

當第一振型為扭轉時，說明結構的扭轉剛度相對于其兩個主軸（一般都靠近X軸和Y軸）方向的側移剛度過小，此時宜沿兩主軸適當加強結構外圍的剛度，并適當削弱結構內部的剛度。

當第二振型為扭轉時，說明結構沿兩個主軸方向的側移剛度相差較大，結構的扭轉剛度相對其中一主軸（側移剛度較小方向）的側移剛度是合理的；但相對于另一主軸（側移剛度較大方向）的側移剛度則過小，此時宜適當加強結構外圍（主要是沿側移剛度較大方向）的剛度，并適當削弱結構內部沿側移剛度較大方向的剛度。

1）最有效原則： 削弱內部剛度，增強周邊剛度，盡量周邊均勻對稱連續；

2）有較大凹入的部位加拉梁；

3）看看位移，將位移大的地方加拉梁，或者加大梁截面，加厚板；

4）增加外圍梁截面，特別加強角部，和抗震墻部位的梁截面。

電算結果的判別與調整要點：

（1）計算結果詳周期、地震力與振型輸出文件（WZQ.OUT）。因SATWE電算結果中并未直接給出周期比，故對于通常的規則單塔樓結構，需人工按如下步驟驗算周期比：

a）根據各振型的兩個平動系數和一個扭轉系數（三者之和等于1）判別各振型分別是扭轉為主的振型（也稱扭振振型）還是平動為主的振型（也稱側振振型）。

一般情況下，當扭轉系數大于0.5時，可認為該振型是扭振振型，反之應為側振振型。當然，對某些極為復雜的結構還應結合主振型信息來進行判斷；

b）周期最長的扭振振型對應的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側振振型對應的就是第一側振周期T1；

c）計算Tt / T1，看是否超過0.9（0.85）。對于多塔結構周期比，不能直接按上面的方法驗算，這時應該將多塔結構分成多個單塔，按多個結構分別計算、分別驗算（注意不是在同一結構中定義多塔，而是按塔分成多個結構）。

（2）對于剛度均勻的結構，在考慮扭轉耦聯計算時，一般來說前兩個或幾個振型為其主振型，但對于剛度不均勻的復雜結構，上述規律不一定存在。總之在高層結構設計中，使得扭轉振型不應靠前，以減小震害。SATWE程序中給出了各振型對基底剪力貢獻比例的計算功能，通過參數Ratio（振型的基底剪力占總基底剪力的百分比）可以判斷出那個振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每個振型對基底剪力的貢獻大小。

（3）振型分解反應譜法分析計算周期，地震力時，還應注意兩個問題，即計算模型的選擇與振型數的確定。一般來說，當全樓作剛性樓板假定后，計算時宜選擇“側剛模型”進行計算。而當結構定義有彈性樓板時則應選擇“總剛模型”進行計算較為合理。至于振型數的確定，應按上述[高規]5.1.13條執行，振型數是否足夠，應以計算振型數使振型參與質量不小于總質量的90%作為唯一的條件進行判別。

（4）如同位移比的控制一樣，周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側力構件的平面布置更有效、更合理，使結構不至于出現過大（相對于側移）的扭轉效應。即周期比控制不是在要求結構足夠結實，而是在要求結構承載布局的合理性。考慮周期比限制以后，以前看來規整的結構平面，從新規范的角度來看，可能成為“平面不規則結構”。一旦出現周期比不滿足要求的情況，一般只能通過調整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調整往往收效甚微。周期比不滿足要求，說明結構的扭轉剛度相對于側移剛度較小，總的調整原則是要加強結構外圈，或者削弱內筒。

（5）扭轉周期控制及調整難度較大，要查出問題關鍵所在，采取相應措施，才能有效解決問題。

a）扭轉周期大小與剛心和形心的偏心距大小無關，只與樓層抗扭剛度有關；

b）剪力墻全部按照同一主軸兩向正交布置時，較易滿足；周邊墻與核心筒墻成斜交布置時要注意檢查是否滿足；

c）當不滿足周期限制時，若層位移角控制潛力較大，宜減小結構豎向構件剛度，增大平動周期；

d）當不滿足周期限制時，且層位移角控制潛力不大，應檢查是否存在扭轉剛度特別小的層，若存在應加強該層的抗扭剛度；

e）當不滿足扭轉周期限制，且層位移角控制潛力不大，各層抗扭剛度無突變，說明核心筒平面尺度與結構總高度之比偏小，應加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墻厚，增大核心筒的抗扭剛度；

f）當計算中發現扭轉為第一振型，應設法在建筑物周圍布置剪力墻，不應采取只通過加大中部剪力墻的剛度措施來調整結構的抗扭剛度。

參考文獻：

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