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結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要控制的11個(gè)比值

 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要控制的11個(gè)比值

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，很多指標(biāo)的控制是**參數(shù)的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些指標(biāo)有承載能力、延性、剛度、變形、規(guī)則性、穩(wěn)定性等，**對(duì)一些參數(shù)比值內(nèi)涵的研究，明確相關(guān)的概念，設(shè)計(jì)工作中結(jié)合模型的分析計(jì)算，運(yùn)用正確的手段、方法，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，使結(jié)構(gòu)體系更好的滿足規(guī)范中的設(shè)計(jì)要求，達(dá)到少走彎路的目的，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作有規(guī)律可循，不再難做。

1、軸壓比:

定義：軸壓比指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值；可不進(jìn)行地震作用計(jì)算的結(jié)構(gòu)，取無(wú)地震作用組合的軸力設(shè)計(jì)值【抗規(guī)第6.3.6】；

軸壓比指柱考慮地震組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值【高規(guī)第6.4.2條】

墻肢軸壓比指墻的軸壓力設(shè)計(jì)值與墻的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值【抗規(guī)第6.4.2條】。不計(jì)入地震作用組合（條文說(shuō)明）

目的：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性。

注意：應(yīng)按規(guī)范要求對(duì)結(jié)構(gòu)地震作用進(jìn)行調(diào)整：特殊結(jié)構(gòu)地震作用下內(nèi)力調(diào)整、0.2Q0調(diào)整、墻柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等等（程序可自動(dòng)完成），短柱的調(diào)整。

2、剪重比

定義：結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力與該層及其以上各層總重力荷載代表值的比值；

抗規(guī)：5.2.5 抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力應(yīng)符合下式要求：

高規(guī)：4.3.12條多遇地震水平地震作用計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)各樓層對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)符合下式要求：

內(nèi)涵：是反應(yīng)地震作用大小的重要指標(biāo)，主要為控制各樓層**小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性，在某種程度上反映了結(jié)構(gòu)的剛?cè)岢潭龋糁乇葢?yīng)在一個(gè)比較合理的范圍內(nèi)。剪重比太小，說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度偏柔；剪重比太大，說(shuō)明整體結(jié)構(gòu)偏剛，會(huì)引起很大的地震力，不經(jīng)濟(jì)。

抗規(guī)表5.2.5給出了樓層**小地震剪力的要求，當(dāng)不滿足時(shí)，應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、改進(jìn)結(jié)構(gòu)布置或調(diào)整結(jié)構(gòu)總剪力和各樓層的水平地震剪力，使之滿足要求。

地下室由于受回填土的約束作用，可以不考慮剪重比調(diào)整。

3、剛度比

定義：結(jié)構(gòu)樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度的比值。

目的：主要為控制結(jié)構(gòu)豎向的規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層，

分類：PKPM系列軟件提供了三種剛度比的計(jì)算方式：分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震作用與相應(yīng)的層間位移比。剪切剛度主要用于底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及對(duì)地下室嵌固條件的判定；剪彎剛度主要用于底部大空間為多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；地震作用與層間位移比，通常絕大多數(shù)工程都可以用此法計(jì)算剛度比，也是軟件的缺省方式。

高規(guī)：第3.5.3條A級(jí)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%.

注意：層剛度比要有層的概念，對(duì)如坡屋面的頂層、體育館、看臺(tái)、工業(yè)建筑等，可不考慮層剛度特征；對(duì)多塔結(jié)構(gòu)，剛度的計(jì)算應(yīng)把地盤切開，只保留與該塔相連的2~3跨的底盤結(jié)構(gòu)；對(duì)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)或帶夾層的結(jié)構(gòu)，層剛度可能得不到合理的計(jì)算結(jié)果;受剪承載力的計(jì)算與混凝土強(qiáng)度、實(shí)配鋼筋面積等因素有關(guān)。

實(shí)現(xiàn)途徑：程序自動(dòng)計(jì)算樓層剛度比，來(lái)決定是否采用1.15（1.25)的樓層剪力增大系數(shù)；對(duì)特別明顯的薄弱層（如框支結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層）應(yīng)強(qiáng)制制定為薄弱層，并乘以1.15（1.25)的剪力增大系數(shù)。

4、剛重比

定義：結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比

目的：主要為控制結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，以免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滑移和傾覆 。

高規(guī)：第5.4.2及5.4.4條對(duì)剛重比作了相關(guān)規(guī)定，應(yīng)根據(jù)剛重比的大小，判斷是否需要考慮重力二階效應(yīng)的影響；判斷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性是否滿足要求。

5、層間位移角（樓層**大位移與層高比）

定義：按彈性方法計(jì)算的風(fēng)荷載或多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下的樓層層間**大位移與層高之比 。

目的：剛度控制指標(biāo)，避免產(chǎn)生過(guò)大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求 。

抗規(guī)：第5.5.1條和第5.5.5條作了相應(yīng)規(guī)定。

高規(guī)：第3.7.3條和第3.7.5條作了相應(yīng)規(guī)定。

注意：應(yīng)在剛性樓板假定下計(jì)算；是否滿足規(guī)范要求由設(shè)計(jì)人員判斷。

電算：計(jì)算結(jié)果詳見WDISP.OUT文件。

6、扭轉(zhuǎn)位移比 （層間位移比）

定義：樓層**大桿件位移與平均桿件位移的比值;樓層豎向構(gòu)件的**大層間位移與平均層間位移的比值。

目的：是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的參數(shù)，主要控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響 。

抗規(guī)：第3.4.3；3.4.4條作了相關(guān)規(guī)定,在規(guī)定的水平力作用下，樓層的**大彈性水平位移（或?qū)娱g位移),不大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍；扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)，應(yīng)計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響，且樓層豎向構(gòu)件**大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移平均值的1.5倍，當(dāng)**大層間位移遠(yuǎn)小于規(guī)范限值時(shí)，可適當(dāng)放寬。

高規(guī)：第3.4.5條作了相關(guān)規(guī)定。

延伸：判斷扭轉(zhuǎn)不規(guī)則時(shí)應(yīng)按剛性樓蓋的假定建模計(jì)算，剛性樓蓋是指樓蓋兩端的位移不超過(guò)平均位移的兩倍。位移計(jì)算必須假定剛性樓蓋，構(gòu)件計(jì)算可采用彈性樓蓋。

要求：高層建筑驗(yàn)算位移比要考慮偶然偏心，多層建筑可以不考慮；位移比超過(guò)1.2時(shí)，需考慮雙向地震作用。

措施：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問(wèn)題的解決辦法：對(duì)多層結(jié)構(gòu)，加大周邊構(gòu)件，加大外墻柱和框架梁截面，盡量減小中柱截面；對(duì)高層建筑剪力墻盡可能布置在靠近周邊。

7、周期比

定義：結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的**自振周期Tt與平動(dòng)為主的**自振周期T1之比Tt/T1。

目的：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，周期比過(guò)大，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)抗扭能力較弱，限制周期比的目的是是抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效合理，是結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過(guò)大的扭轉(zhuǎn)。就是說(shuō)周期比不是要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是結(jié)構(gòu)布局合理。

規(guī)范：高規(guī)第3.4.5條對(duì)周期比作了相關(guān)規(guī)定，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級(jí)高度的高層建筑、超過(guò)A級(jí)高度的混合結(jié)構(gòu)及高規(guī)第10章所指的復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。

判斷：一般情況下**大的平動(dòng)系數(shù)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)周期為**平動(dòng)周期T1,**大的扭轉(zhuǎn)系數(shù)對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)周期為**扭轉(zhuǎn)周期Tt.

注意：體育場(chǎng)館、空曠結(jié)構(gòu)和特殊的工業(yè)建筑，沒(méi)有特殊要求的，一般不需要控制周期比；當(dāng)高層建筑樓層開洞較復(fù)雜或?yàn)殄e(cuò)層結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選擇強(qiáng)制剛性樓板假定來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的周期比。

調(diào)整原則：結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布局均勻?qū)ΨQ；增加結(jié)構(gòu)周邊的剛度；降低結(jié)構(gòu)中間剛度。

8、質(zhì)量比

目的：主要控制高層建筑質(zhì)量沿豎向分布的規(guī)則性 。

要求:樓層質(zhì)量不宜大于相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍。

規(guī)范：高規(guī)第3.5.6 條。

9、高寬比

目的：是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。

規(guī)范：抗規(guī)第5.5.1條和高規(guī)第3.3.2條。

10、長(zhǎng)寬比

目的：主要控制結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性，結(jié)構(gòu)平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則 。 規(guī)范：高規(guī)第3.4.3條

11、有效質(zhì)量比

目的：主要為控制結(jié)構(gòu)的地震力是否全計(jì)算出來(lái)，與結(jié)構(gòu)計(jì)算所取的振型個(gè)數(shù)有關(guān)，振型個(gè)數(shù)應(yīng)滿足振型參與質(zhì)量達(dá)到90%所需的振型數(shù)。