摘要：本文從周期比、位移比、剛重比、剛度比、層間受剪承載力之比、軸壓比以及剪重比等六個方面綜述了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的指標(biāo)控制，希望對以后的工作有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑;周期比;位移比;剛重比;剪承載力;

前言：高層建筑與多層結(jié)構(gòu)相比有明顯不同的受力和變形性能，水平荷載混合地震作用是主要的控制內(nèi)容。判斷結(jié)構(gòu)布置合理性和結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟性能是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，設(shè)計結(jié)構(gòu)規(guī)范用語控制高層建筑整體性的指標(biāo)主要有：周期比、位移比、剛重比、剛度比、層間受剪承載力之比、軸壓比以及剪重比等。

1.周期比

周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)，是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期的比值。周期比控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對關(guān)系。它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使結(jié)構(gòu)不至于出現(xiàn)過大(相對于側(cè)移)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，而不是在要求結(jié)構(gòu)具有足夠大的剛度。調(diào)整結(jié)構(gòu)周期比的措施主要有兩種：第一種是提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。這樣可以改善結(jié)構(gòu)的抗扭性能，是解決結(jié)構(gòu)抗扭薄弱的根本方法。提高抗扭剛度一般需要調(diào)整結(jié)鉤布置，增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，江都結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度;有時要改變結(jié)構(gòu)類型，如增加剪力墻、異形柱等。這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效甚微。調(diào)整原則是要加強結(jié)構(gòu)外圈剛度，或者削弱內(nèi)筒降低結(jié)構(gòu)中間的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度;第二種是降低平動度，使平移周期加長。此種方法僅適用于原來結(jié)構(gòu)剛度較大，層間位移遠小于規(guī)范限值的情況。

2.位移比及其調(diào)整措施

2.1 位移比

位移比是控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性的重要指標(biāo)，是指樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與本樓層平均值得比值。結(jié)構(gòu)是否規(guī)則、對稱、平面內(nèi)剛度分布是否均勻，是結(jié)構(gòu)本身的性能，可以用結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的相對位置表示，二者相距較遠的結(jié)構(gòu)在地震作用下扭轉(zhuǎn)可能較大。由于剛心與質(zhì)心位置都無法直接定量計算，規(guī)范采用了校核結(jié)構(gòu)位移比的要求。在樓板平面內(nèi)無限剛性的假定下，增加了附加偏心距L5%計算校核位移比。位移比是一個相對值，在相同的位移比下，當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較小、平均側(cè)向位移較大時，扭矩產(chǎn)生的最大位移也大，對結(jié)構(gòu)的危害也較大。相反，如果是同樣的位移比，當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移較小時，最大位移也相對較小;此時可以將位移比與位移最大值進行綜合考慮，適當(dāng)放寬位移比的限制值。

2.2 調(diào)整位移比的措施

提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。主要通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置來實現(xiàn)，與周期比的控制措施相同;提高結(jié)構(gòu)的抗扭承載力。當(dāng)結(jié)構(gòu)布置的調(diào)整較困難時，可以在設(shè)計中考慮“雙向地震組合”以提高結(jié)構(gòu)的承載能力，或增大計算扭矩，將附加扭矩加大，增大構(gòu)件設(shè)計內(nèi)力，提高結(jié)構(gòu)的抗扭承載力。同時也應(yīng)增加抗震構(gòu)造措施和延性措施，提高結(jié)構(gòu)變形的延性，加強局部薄弱部位;設(shè)置防震縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)平面復(fù)雜、不對稱或各部分剛度、高度和重量相差懸殊時，調(diào)整抗扭剛度難以滿足規(guī)范要求，可以設(shè)置防震縫，把整個結(jié)構(gòu)分成幾個相對獨立的規(guī)則結(jié)構(gòu)。同時防震縫也可起沉降縫和溫度縫的作用。

3.剛重比

剛重比是控制結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的重要因素，也是影響重力二階效應(yīng)的主要參數(shù)，是結(jié)構(gòu)剛度與重力荷載之比。重力二階效應(yīng)包含兩部分：第一部分是有構(gòu)件撓曲引起的附加重力效應(yīng);第二部分是由水平荷載產(chǎn)生側(cè)移，重力荷載由于側(cè)移引起的附加效應(yīng)。一般只考慮后一種，前一種對結(jié)構(gòu)影響很小。當(dāng)結(jié)構(gòu)側(cè)移越來越大時，重力產(chǎn)生的附加效應(yīng)也越來越大，從而降低構(gòu)件承載力直至失穩(wěn)。

4.剛度比

剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)整體的豎向勻稱度。樓層側(cè)向剛度可取該樓層剪力和該樓層層間位移的比值。在判斷樓層是否為薄弱層、地下室是否能作為嵌同端、轉(zhuǎn)換層高度是否滿足要求時，都是用層剛度比作為依據(jù)。規(guī)范提供了三種層剛度的計算方法：樓層剪切剛度、剪彎剛度和樓層平均前力與平均層間位移比值的層剛度。樓層層剛度比的變化主要由于豎向構(gòu)件不連續(xù)、樓板大開洞、層高有較大變化等造成的。由于層剛度產(chǎn)生的薄弱層，可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置和材料強度等級以避免薄弱層地出現(xiàn)。對于不能避免出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)薄弱層，規(guī)范要求其地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)，同時應(yīng)加強抗震延性構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的抗震等級、樓板加強、弱連接結(jié)構(gòu)的加強等，從而加強樓層弱部位。

5.層間受剪承載力之比

層間受剪承載力之比也是用來控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。層間受剪承載力是指所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。樓層抗剪承載力的簡化計算，只與豎向構(gòu)件尺寸、配筋有關(guān)，與他們的連接關(guān)系無關(guān)。由于樓層承載力產(chǎn)生的薄弱層，只能通過調(diào)整配筋提高結(jié)構(gòu)的承載能力來解決，如提高“超配系數(shù)”等。

6.軸壓比

軸壓比是控制框架柱截面延性性能的主要指標(biāo)，是指柱在考慮地震作用組合的軸壓力設(shè)計值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積的比值�？刂戚S壓比限值的目的的是要求框架柱截面達到具有較好延性性能的打偏壓延性破壞狀態(tài)，以防止小偏壓狀態(tài)的脆性破壞。從而保證框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，即使超出彈性極限仍具有足夠大的彈塑性極限變形能力，實現(xiàn)“大震不倒”的設(shè)計目標(biāo)�？刂戚S壓比限值的調(diào)整措施有：提高筋的橫向約束能力，包括體積配率和筋的強度與構(gòu)造形式等;提高混凝土的強度等級，這樣可以提高核心區(qū)混凝土抗壓碎的能力或核心區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變能力;提高縱向鋼筋和配筋率與強度，這樣可以提高柱周邊縱向鋼筋承擔(dān)截面軸壓的能力，相應(yīng)減小了核心區(qū)混凝土的壓應(yīng)力，提高框架柱的變形能力;采用輕質(zhì)高強的新材料，如采用鋼結(jié)構(gòu)建筑體系等，減小上部結(jié)構(gòu)的重量。

7.剪重比

剪重比是反映地震作用大小的重要指標(biāo)，是對應(yīng)于水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值得剪力與重力荷載代表值得比值。由于在長期作用下，地震影響系數(shù)下降較快，計算出來的水平地震作用下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可能偏小。而對于長周期結(jié)構(gòu)，地震地面運動速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的破壞作用，但采用振型分解法時無法對此作出較準(zhǔn)確的計算。

結(jié)束語：

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，選擇結(jié)構(gòu)平面、立面布置、盡量規(guī)則，以及抗震和抗風(fēng)性能好的結(jié)構(gòu)體系，并通過控制這些指標(biāo)，使高層的結(jié)構(gòu)布置更加合理，達到更好、更安全、耐久的節(jié)能環(huán)保效果。

參考文獻：

[1] 施楚賢.砌體結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003

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