高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的電算

【摘要】隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算程序也日益完善，從而使設(shè)計人員對電算的依賴程度也越來越重，而很多新人更是對電算只知其然而不知其所以然，這就會使得結(jié)構(gòu)設(shè)計存在不合理的可能。本文將就多高層混凝土結(jié)構(gòu)抗震方面的電算參數(shù)輸入和結(jié)果輸出進行一個簡單的歸納。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)抗震；參數(shù)輸入；結(jié)果分析

1、抗震相關(guān)的參數(shù)輸入

以目下相對主流的計算程序SATWE和YJK為例，羅列一些容易被忽視的點，常規(guī)的一些參數(shù)這里不再探討。

（1）抗震等級的輸入：分為砼框架抗震等級、剪力墻抗震等級、鋼框架抗震等級、抗震構(gòu)造措施的抗震等級，這個參數(shù)必須正確填寫，主要為按照規(guī)范做“強剪弱彎”、“強柱弱梁”的內(nèi)力調(diào)整，已達到抗震中最重要的指標“延性”。這里要注意的是當建筑存在局部抗震等級不統(tǒng)一的情況時，需要在特殊構(gòu)件定義中對相應(yīng)位置的抗震等級進行單獨定義；抗震構(gòu)造措施如有規(guī)范規(guī)定的如“《抗規(guī)》3.3.3條”時，此時應(yīng)根據(jù)實際情況提高。

（2）按《抗規(guī)》6.1.3-3降低嵌固端以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級：本參數(shù)為實現(xiàn)抗規(guī)的要求而設(shè)置，《抗規(guī)》規(guī)定，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時，地下一層抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不能小于四級。 這里重點說明下抗震措施的抗震等級，和抗震構(gòu)造措施的抗震等級的區(qū)別。抗震措施一般可分為內(nèi)力計算和抗震構(gòu)造措施（即抗震措施包括抗震構(gòu)造措施），內(nèi)力計算則是平時采用程序進行的地震作用計算及強剪弱彎等的調(diào)整，這些都是需要通過數(shù)值計算來實現(xiàn)的，而抗震構(gòu)造措施是不需要計算的，即平時的軸壓比控制和配筋率控制等。故此參數(shù)一般建議勾選。

（3）考慮偶然偏心、考慮雙向地震作用：這個參數(shù)存在的疑問是，經(jīng)常有人不知道什么時候該點選哪項。根據(jù)《高規(guī)》12頁第3.3.3條“計算單向地震作用時應(yīng)考慮偶然偏心的影響”而雙向地震作用則是根據(jù)《抗規(guī)》第26頁第5.1.1條3款（強條）：“質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響”，一般工程中認為在計算結(jié)果中位移比大于1.2時屬于明顯不對稱，此時應(yīng)勾選，但新版PKPM說明中解釋到，軟件能夠自動在偶然偏心和雙向地震中取大值，因此在實際計算時，均勾選亦可。

（4）計算振型個數(shù)：理論中振型數(shù)應(yīng)取為結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍，主要考慮某些結(jié)構(gòu)的高階振型對結(jié)構(gòu)的影響。但實際計算中，規(guī)范規(guī)定在質(zhì)量參與系數(shù)不小于90%時，則可認為振型數(shù)量合適，故一般工程中，滿足質(zhì)量參與系數(shù)不小于90%的前提下，多層可按照層數(shù)取值，高層一般可取15或18個，從而提高計算效率。

（5）周期折減系數(shù)：《高規(guī)》4.3.17條中給出了各種結(jié)構(gòu)形式的周期折減系數(shù)的取值范圍，但是具體到實際計算中應(yīng)該取多少呢？這個參數(shù)主要為考慮結(jié)構(gòu)中的填充墻對結(jié)構(gòu)剛度的影響，在結(jié)構(gòu)計算時，模型中只是建立了其中的梁、板、柱、墻，但實際情況下，結(jié)構(gòu)中還會填入砌體填充墻，這些填充墻會增加結(jié)構(gòu)的實際剛度，但模型中卻沒有考慮，因此實際周期會比計算周期小，因此軟件采用此折減系數(shù)來近似考慮非結(jié)構(gòu)填充墻的影響。在這個理論基礎(chǔ)上就可以根據(jù)實際工程中填充墻的多少來確定此參數(shù)的取值了。

2、抗震相關(guān)的結(jié)果輸出

這部分主要談一談計算結(jié)果中與抗震相關(guān)的幾個數(shù)據(jù)，側(cè)重在控制和調(diào)整。這里首先要明確一個前提：驗算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心；驗算位移比應(yīng)選擇強制剛性樓板假定，但當凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時尚應(yīng)計及扭轉(zhuǎn)影響。

（1）軸壓比：主要為控制結(jié)構(gòu)的延性，根據(jù)不同的抗震等級，《高規(guī)》和《抗規(guī)》中對墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求。此項數(shù)據(jù)沒有太多的調(diào)整辦法，若不滿足增大截面或者提高混凝土強度等級即可。當工程限制條件比較苛刻的時候可根據(jù)規(guī)范注釋及條文說明適當放寬。

（2）剪重比：一個容易被忽視的數(shù)據(jù)?！犊挂?guī)》5.2.5條規(guī)定了樓層最小地震剪力系數(shù)，目的就是為了控制樓層最小地震剪力，保證結(jié)構(gòu)的安全。這個剪力系數(shù)就是電算結(jié)果中的剪重比，當有樓層的剪重比不滿足規(guī)范要求時，則需要改變結(jié)構(gòu)布置或調(diào)整結(jié)構(gòu)總剪力和各層的水平地震剪力使之滿足要求。現(xiàn)在的軟件是可以自動調(diào)整此項數(shù)據(jù)，但調(diào)整的辦法是乘以增大系數(shù)，并不會自動去調(diào)正結(jié)構(gòu)布置，所以我們需要考慮我們的結(jié)構(gòu)布置是否合理，若剪重比過小，說明底部剪力過小，此時應(yīng)注意結(jié)構(gòu)位移滿足要求，構(gòu)件截面配筋為構(gòu)造配筋的“安全”假象，要對構(gòu)件截面尺寸、周期是否折減進行全面檢查，找出原因；剪重比過大，說明底部剪力過大，應(yīng)檢查輸入信息，是否有誤，或剪力墻數(shù)量過多，結(jié)構(gòu)太剛。

（3）周期和周期比：周期的大小與結(jié)構(gòu)在地震中的反應(yīng)有密切關(guān)系。通過分析周期的大小是否在經(jīng)驗公式的范圍內(nèi)，可判斷出結(jié)構(gòu)的剛度是否合適。如果有異常，需要檢查結(jié)構(gòu)截面尺寸、布置和輸入數(shù)據(jù)。尤其需要注意的是結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)與場地土的卓越周期錯開，避免共振造成災(zāi)害。至于周期比需要注意的是此項數(shù)據(jù)多層建筑是不需要考慮的，僅需滿足《抗規(guī)》避免第一周期扭轉(zhuǎn)即可，在高層建筑中當周期比超限時，一般主要是結(jié)構(gòu)抗扭剛度不足，需調(diào)整結(jié)構(gòu)方案加大抗扭剛度。

（4）層間位移角和位移比：位移角是用來限制結(jié)構(gòu)的水平位移，確保結(jié)構(gòu)具備足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移。當位移角不滿足時可以從豎向構(gòu)件及梁截面、中梁剛度放大系數(shù)、周期折減系數(shù)、連梁剛度折減系數(shù)等方面進行調(diào)整。位移比則是用來限制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的，《高規(guī)》3.4.5條文說明中有位移比限值可達1.6的條件，這一點大家可以加以利用。

結(jié)語：

結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)在保證計算參數(shù)輸入正確、合理的前提下，從結(jié)構(gòu)整體和局部兩個方面在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計按上述內(nèi)容進行分析、判斷，使施工圖設(shè)計達到最優(yōu)的設(shè)計效果。

參考文獻：

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[3]張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計釋疑及工程實例[M].中國建筑工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：

邳磊，華東建筑設(shè)計研究院有限公司大連分公司，遼寧大連。