一工程设计 一般高层建筑钢筋混凝土结构设计 应注意的几个问题 支韶阳 （河南省建筑设计研究院有限公司 河南郑州４５００１４） 摘要：根据现在高层结构设计普遍应用的ＰＫＰＭ软件，结合《高层建筑混凝土结构技术规程》 （ＪＧＪ ３—２０１０），对一般高层建筑混凝土结构计算结果进行判别。 关键词：ＰＫＰＭ结构设计；位移比；周期比；刚度比；轴压比 Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｔａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ Ｚｈｉ Ｓｈａｏｙａｎｇ （Ｔｈｅ Ａｒｃｈｉｔｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｎｄ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．０ｆ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｌ——ＰＫＰＭ，ａｎｄ（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ）（ＪＧＪ ３－２０１０，ｔａｋｅ ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｔａｌｌ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｆｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＫＰＭ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ；ｐｅｒｉｏｄ ｒａｔｉｏ； ｓｔｉｆｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ； ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ 中图分类号：ＴＵ５２８．￥７１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００７—３５８２（２０１１）０５—００１２—０３ 随着我国经济水平的不断提高，高层建筑的应 用越来越多，加之今年新版《高层建筑混凝土结构 《高规》第３．４．５条同时还规定了结构的位移 比，条文规定：“在考虑偶然偏心影响的地震作用 下，楼层竖向构件的最大水平位移和层问位移，Ａ 技术规程》（ＪＧＪ ３－２０１０）（以下简称《高规》） 的发布，对于高层建筑结构设计有了进一步的要 求，下面就新规范中有关位移比、周期比、剪重 比、刚度比和轴压比的规定，结合我国目前结构设 计中应用最广泛的ＰＫＰＭ结构软件的计算结果，进 行判别、控制和调整的分析。 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的１．２倍， 不应大于该楼层平均值的１．５倍； 该条从结构平面布置角度限制了结构的不规则 性，避免因过大的偏心而导致结构产生较大的扭转 效应。位移比限制使建筑结构有了必要的刚度，它 保证了结构在正常使用条件下（弹性受力状 态），钢筋混凝土结构避免混凝土墙、柱出现裂 缝；将楼面梁、板裂缝数量、宽度限制在规范允许 １ 位移比 １．１ 位移比 位移比即楼层竖向构件的最大水平位移与平均 水平位移的比值。 １．２层间位移比 范围之内；同时可保证填充墙等非结构构件的完 好，避免产生明显的损环。 １．３电算结果的判别与调整 ＰＫＰＭ软件中的ＳＡＴＷＥ程序对每一楼层计算 并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平 层间位移比即楼层竖向构件的最大层间位移角 与平均层间位移角的比值。 收稿日期：２０１１－０８—２５ 作者简介：支韶阳（１９８３一），男，助理工程师；专业方向为 建筑结构＿［程 １２ ５／２０１ 羧食流通技术 位移、平均层间位移角及相应的比值。但对于计算 结果的判读应注意以下几点。①若位移比（层间位 移比）超过１．２，则需要在总信息参数设置中考虑 工程设计■ 双向地震作用。②验算位移比需要考虑偶然偏心作 用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心。③验 于０．５时，可认为该振型是扭振振型，反之应为侧 振振型。当然，对某些极为复杂的结构还应结合主 算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规 则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实 际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及 扭转影响。④最大层间位移、位移比是在刚性楼板 假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同 一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计 算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故 可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进 行构件分析。⑤因为高层建筑在水平力作用下几乎 都会产生扭转，故楼层最大位移一般都发生在结构 单元的边角部位。 ２周期比 ２．１ 周期比即结构扭转为主的第一自振周期（也 称第一扭振周期）Ｔｔ与平动为主的第一自振周期 （也称第一侧振周期）Ｔ１的比值 《高规》第３．４．５条规定“结构扭转为主的第一 自振周期Ｔｔ与平动为主的第一自振周期Ｔ１之比，Ａ 级高度高层建筑不应大于０．９。《高规》５．１．１３．１条 规定，高层建筑结构计算振型数不应小于９，抗震 计算时，宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应，振 型数不小于１５，对于多塔楼结构的振型数不应小于 塔楼数的９倍，且计算振型数应使振型参与质量不 小于总质量的９０％。 限制周期比的目的是使结构具有必要的抗扭刚 度。通过调整控制抗侧力结构的布置，可以增大结 构的抗扭刚度。如剪力墙尽可能沿周边布置以最大 限度地加大抵抗扭转的内力臂而提高整个结构的抗 扭能力。限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限 制结构扭转为主的第一自振周期ｒｒｔ与平动为主的第 一自振周期Ｔｌ之比，使其符合规范对周期比的限 值。当不满足要求时，宜调整抗侧力结构布置，增 大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况 下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周 期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。 ２．２电算结果的判别与调整 ＳＡＴＷＥ电算结果中并未直接给出周期比，故 对于通常的规则单塔楼结构，需人工复核如下步骤 验算周期比。①根据各振型的两个平动系数和一个 扭转系数（三者之和等于１）判别各振型分别是扭 转为主的振型（也称扭振振型）还是平动为主的振 型（也称侧振振型）。一般情况下，当扭转系数大 振型信息来进行判断。②周期最长的扭振振型对应 的就是第一扭振周期Ｔｔ，周期最长的侧振振型对应 的就是第一侧振周期Ｔｌ。③计算Ｔｔ／Ｔ１，看是否 超过《高规》限值规定。对于多塔结构周期比，不 能直接按上面的方法验算，这时应该将多塔结构分 成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注 意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个 结构）。 对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦连计算 时，一般来说前２个或几个振型为其主振型，但对 于刚度不均匀的复杂结构，上述规律不一定存在。 总之在高层结构设计中，使得扭转振型不应靠前， 以减小震害。ＳＡＴＷＥ程序中给出了各振型对基底 剪力贡献比例的计算功能，通过参数Ｒａｔｉｏ（振型 的基底剪力占总基底剪力的百分比）可以判断出那 个振型是Ｘ方向或Ｙ方向的主振型，并可查看以及 每个振型对基底剪力的贡献大小。 振型分解反应谱法分析计算周期，地震力时， 还应注意两个问题，即计算模型的选择与振型数的 确定。一般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算 时宜选择“侧刚模型”进行计算。而当结构定义有 弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合 理。至于振型数的确定，应按上述《高规》５．１．１３ 条执行，振型数是否足够，应以计算振型数使振型 参与质量不小于总质量的９０％作为唯一的条件进行 判别。 如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是 侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其 绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更 有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧 移）的扭转效应。周期比不满足要求，说明结构的 扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是要 加强结构外圈，或者削弱内筒。 ３ 刚度比 ３．１ 刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比 值（也称层刚度比） 该值主要为了控制高层结构的竖向规则性，以 免竖向刚度突变，形成薄弱层。对于地下室结构顶 板能否作为嵌固端，转换层上、下结构刚度能否满 足要求，及薄弱层的判断，均以层刚度比作为依据。 《高规》３．５．３条规定，抗震设计的高层建筑结 ５／２０１１粮食流通技术 １３