谈高层建筑结构设计的几个控制指标

谈高层建筑结构设计的几个控制指标

【文章编号】1007—9467(2007)02—0035—03 谈高层建筑结构设计的 八个控表Ij指标

■陈壮善,赵静,王士奇(山东省冶金设计院,济南250014) 【摘要】阐述了高层建筑结构设计的几个控制指标,介绍了 各指标的参数含义,规范要求及调整措施. 【关键词】周期比;位移比;刚重比;刚度比;剪重比 【中图分类号】TU208I3【文献标志码】B 高层建筑与多层结构相比有明显不同的受力 和变形性能,水平荷载和地震作用是主要的控制因 素.判断结构布置合理性和结构体系的经济性能是 高层建筑结构设计的关键,规范用于控制高层建筑 整体性的设计指标主要有:周期比,位移比,刚重 比,刚度比,层间受剪承载力之比,轴压比以及剪重 比等.以下就上述控制指标作简明阐述. 1周期比

周期比是控制结构扭转效应的重要指标,是结 构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自 振周期的比值.周期比控制的是侧向刚度与扭转刚 度之间的一种相对关系.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,而不是在要求结构具 有足够大的刚度.

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3_2o02【】 (以下简称《高规》)第4.3.5条规定:结构扭转为主 的第一自振周期与平动为主的第一自振周期

之比,A级高度高层建筑不应大于0.9,B级高度高 建筑与结构设计l Archit㈣u~olandsirues

层建筑,混合结构高层建筑及本规程第l0章所指 的复杂高层建筑不应大于0.85.

调整结构周期比的措施主要有两种:1)提高结构的 抗扭刚度.这样可以改善结构的抗扭性能,是解决结构 抗扭薄弱的根本方法.提高抗扭刚度一般需要调整结构 布置,增加结构周边构件的刚度,降低结构中间构件的刚 度;有时要改变结构类型,如增加剪力墙,异形柱等. 这种改变一般是整体性的,局部的小调整往往收效 甚微.调整原则是要加强结构外圈刚度(例如在建 筑周边加剪力墙或者柱间支撑),或者削弱内筒降低 结构中间的刚度,以增大结构的整体抗扭刚度.2)降低平 动刚度,使平移周期加长.此法仅适用于原来结构刚 度较大,层间位移远小于规范限值的情况. 2位移比及其调整措施 2.1位移比

位移比是控制结构平面规则性的重要指标,是 指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与本 楼层平均值的比值.结构是否规则,对称,平面内刚 度分布是否均匀是结构本身的性能,可以用结构刚 心与质心的相对位置表示,二者相距较远的结构在 地震作用下扭转可能较大.由于刚心与质心位置都 无法直接定量计算,规范采用了校核结构位移比的 要求.在楼板平面内无限刚性的假定下,增加了附 加偏心距5%L计算校核位移比. 35

l建筑与结构设计

位移比是一个相对值,在相同的位移比下,当结 构刚度较小,平均侧向位移较大时,扭矩产生的最 大位移也大,对结构的危害也较大.相反,如果是同 样的位移比,当结构侧向位移较小时,最大位移也 相对较小;此时可以将位移比与位移最大值进行综 合考虑,适当放宽位移比的限制值.例如最大层间 位移小于规范规定值的50%时,位移比限值可以放松 10%,当最大层问位移更小时,放松的幅度还可加大,但 不宜超过20O/o[2]. 2.2调整位移比的措施

1)提高结构的抗扭刚度.主要通过调整结构布 置来实现,与周期比的控制措施相同. 2)提高结构的抗扭承载力.当结构布置的调整 较困难时,可以在设计中考虑\双向地震组合\以提 高结构的承载能力,或增大计算扭矩,将附加扭矩 加大,增大构件设计内力,提高结构的抗扭承载力 [2]

.同时也应增加抗震构造措施和延性措施,提高结 构变形的延性,加强局部薄弱部位.

(3)设置防震缝.当结构平面复杂,不对称或各 部分刚度,高度和重量相差悬殊时,调整抗扭刚度 难以满足规范要求,可以设置防震缝,把整个结构 分成几个相互独立的规则结构. 3刚重比

刚重比是控制结构整体稳定的重要因素,也是 影响重力二阶效应(即P-A效应)的主要参数,是 结构刚度与重力荷载之比.重力二阶效应包含两部 分:①由构件挠曲引起的附加重力效应;②由水平

荷载产生侧移,重力荷载由于侧移引起的附加效 应.一般只考虑后一种,前一种对结构影响很小.当 结构侧移越来越大时,重力产生的附加效应也将越 来越大,从而降低构件承载力直至最终失稳. 《高规》第5.4.2条规定,高层建筑结构如果不 满足第5.4.1条(即结构刚重比)的规定,应考虑重 力二阶效应对水平力(地震,风)作用下结构内力和 位移的不利影响.《高规》5.4.4条给出了高层建筑结 构刚重比的要求.对于剪力墙,框架—剪力墙结构和简 体结构不应小于14;对于框架结构不应小于10. 设计高层建筑结构考虑抗风和抗震要求的出 发点是相互矛盾的.刚度大的结构对抗风荷载有 利,其动力效应和振幅小.相反,较柔的结构抗震性 能好,一是地震作用小,二是可以避免与地震产生 共振,这样就不会产生过大的地震反应.所以一个 结构的刚度并不是越大越好的,另外由于罕遇地震 的强度无法预估,一味地盲目加大结构整体刚度是 不可取的,这样不仅会造成很大的浪费,而且还会 给结构带来很大危害【.对于高层建筑,应采用一个 刚柔相济,具有理想刚度的结构方案.对结构整体 稳定验算符合《高规》第5.4.4条规定,但通过考虑 P-A效应后不满足整体稳定的结构,必须调整结构 布置,提高结构的整体刚度:对整体稳定计算直接 不满足《高规》第5.4.4条规定的结构,必须调整结构 方案,减小结构的高宽比. 4刚度比

层刚度比是控制结构竖向规则的重要指标,体 现了结构整体的竖向匀称度.楼层侧向刚度可取该 楼层剪力和该楼层层间位移的比值.在判断楼层是