結構設計時結構參數的控制與分析

趙冰冰 陳曉文

摘 ? ?要：在結構設計時，大家都明白要控制好結構參數，好的結構參數下設計出的結構圖紙，會能更好的滿足現在人的需求，如經濟性、抗震合理性、安全性、耐久性，所以結構設計師能很清晰的了解各個參數的控制要點及處理方式是極其關鍵的，也是一個成熟結構師鑒定的標準。

關鍵詞：控制參數;結構調整

1 ?概述

在結構設計中，應把控好結構整體參數的控制，各個控制參數與結構的各個抗側力構件的剛度有著直接關系，同時參數之間也息息相關，整體參數控制好有助于結構設計更加經濟合理。整體參數的控制其實就是對結構構件剛度的控制，通過調整結構構件的布置方式及截面大小，改變整體或局部剛度，達到整體參數控制的要求，控制參數一般有周期比、位移比、層間位移角、剪重比、剛重比、層間受剪承載力比、及豎向構件滿足延性要求的軸壓比。

2 ?周期比的控制與分析

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5條及條文說明，周期比為結構扭轉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大于0.9，B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及本規范所指的復雜高層建筑不應大于0.85，。周期比主要是限制結構抗扭剛度不能太弱，提高建筑物必要的抗扭剛度，減少扭轉對結構產生的不利影響，增加結構的抗扭安全性。通常當周期比不滿足規范要求時，說明結構抗扭剛度相對于側移剛度較小，造成的扭轉效應偏大，結構的抗側力構件布置不當，或者整體剛度偏小，由于結構外圍的抗側力構件對結構的抗扭剛度貢獻最大，所以一般會調整的原則是加強建筑物外圍墻、柱或梁的剛度，或者適當減弱中間部位構件的剛度。采用結構自身剛度與周期比的關系，合理布置抗側力構件，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。

3 ?位移比的控制與分析

根據《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5條及條文說明，在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下，樓層豎向構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級高度的混合結構及本規范所指的復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。位移比主要是限制結構平面布置的不規律性，防止產生過大的偏心，避免導致結構產生較大的扭轉效應。通過軟件計算位移比時，樓板要采用剛性樓板假定，結構最大水平位移與層間位移往往出現在角度，因此應注意調整外圍對應位置抗側力構件的剛度，減小結構質心與剛心的偏心距。一般情況可以通過軟件中構件編號簡圖中，查找結構剛度薄弱點，通過加強構件本身剛度從而滿足結構位移比的要求。

4 ?剪重比的控制與分析

根據《建筑抗震設計規范》5.2.5要求，規范要求抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪力應滿足最小地震剪力系數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，確保周期較長的結構的地震剪力不能太小，保證結構安全。剪重比不滿足規范要求，說明結構的剛度相對于水平地震力偏小，應根據要求提高構件剛度;當剪重比偏大，則說明結構的經濟性較差，應適當減少豎向構件的截面面積或構件數量。若出現剪重比不滿足結構規范要求時，軟件可以根據抗規要求自動將樓層最小剪力系數直接乘以該層及上一層重力荷載代表值之和，從而調整該樓層的地震力，來滿足結構的剪重比要求，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，并且在結構受力方面來說也不是好的處理方式，通常做法還是通過調整結構構件布置來協調滿足剪重比的要求。

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會引起的二階效應，剛重比主要是判斷在計算中是否要考慮二階效應，具體要求詳見《高層建筑混凝土結構技術規程》5.4.1、5.4.2條。當剛重比不滿足要求時，說明重力二階效應的影響較大，在計算時應該考慮。規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不應過大，避免結構失穩倒塌，在處理時應該增加構件剛度，以致能抵抗二階效應，但剛重比也不宜過大，避免不必要的經濟浪費。

6 ?層間位移角的控制與分析

《建筑抗震設計規范》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構應具備必要的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性、和正常使用要求。當位移角不滿足要求時，說明豎向構件的剛度不滿足要求，在設計時應加強剪力墻、柱等豎向構件的截面尺寸，或者增加構件數量;同時位移角也不宜過小，這樣勢必造成造價增加。在設計時位移角的計算是在剛性樓板假定下進行的，樓板應在構造上加強。

7 ?層間受剪承載力比的控制與分析

《高層建筑混凝土結構技術規程》3.5.3條A級高度高層建筑的樓層抗側力結構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力結構的層間受剪承載力不應小于其相鄰上一層受剪承載力的75%.，此項主要是限制結構豎向布置的的不規則性，避免樓層抗側力結構的受剪承載力沿豎向突變，避免薄弱層。當出現層間受剪承載力比不足時，可根據規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造;同時，若可以通過調整結構布置的方法避免時，可增大本層豎向構件的抗剪承載力能力，如加大截面，增加混凝土強度，減少上一層的抗側力構件的抗剪承載力。

8 ?軸壓比的控制與分析

軸壓比主要是保證結構存有一定的延性要求，規范對框架柱、剪力墻墻肢提出了明確的軸壓比要求。當軸壓比不能滿足規范要求時，說明結構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，這說明豎向構件過大，不利于室內空間使用要求，并且造價勢必會很高。

9 ?結論

結構參數的控制是結構設計時的關鍵，他決定建筑物本事的抗側力的能力，好的結構設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難的必要場所，同時合理的結構參數能避免不必要的浪費，能為建設方節省更多資源。設計人員在進行設計工作時也有了明確的控制要求，對設計工作更有指導意義。

參考文獻：

[1] JGJ 3—2010.高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2] GB 50011—2010.建筑抗震設計規范[S].