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高層結(jié)構(gòu)設(shè)計需要控制的七個比值及調(diào)整方法
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高層設(shè)計的難點在于豎向承重構(gòu)件(柱、剪力墻等)的合理布置,設(shè)計過程中控制的目標參數(shù)主要有如下七個:一、軸壓比:主要為限制結(jié)構(gòu)的軸壓比,保證結(jié)構(gòu)的延性要求,規(guī)范對墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求,見抗規(guī)6.3.7和6.4.6,高規(guī) 6.4.2和7.2.14及相應(yīng)的條文說明。軸壓比不滿足要求,結(jié)構(gòu)的延性要求無法保證;軸壓比過小,則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差,宜適當減少相應(yīng)墻、柱的截面面積。 軸壓比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:SATWE程序不能實現(xiàn)。

2、人工調(diào)整:增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強度。


二、剪重比:主要為限制各樓層的最小水平地震剪力,確保周期較長的結(jié)構(gòu)的安全,見抗規(guī)5.2.5,高規(guī)3.3.13及相應(yīng)的條文說明。這個要求如同最小配筋率的要求,算出來的水平地震剪力如果達不到規(guī)范的最低要求,就要人為提高,并按這個最低要求完成后續(xù)的計算。 剪重比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:在SATWE的“調(diào)整信息”中勾選“按抗震規(guī)范5.2.5調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”后,SATWE按抗規(guī)5.2.5自動將樓層最小地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力荷載代表值之和,用以調(diào)整該樓層地震剪力,以滿足剪重比要求。

2、人工調(diào)整:如果還需人工干預(yù),可按下列三種情況進行調(diào)整:

1)當?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又偏大時,說明結(jié)構(gòu)過柔,宜適當加大墻、柱截面,提高剛度。

2)當?shù)卣鸺袅ζ蠖鴮娱g側(cè)移角又偏小時,說明結(jié)構(gòu)過剛,宜適當減小墻、柱截面,降低剛度以取得合適的經(jīng)濟技術(shù)指標。

3)當?shù)卣鸺袅ζ《鴮娱g側(cè)移角又恰當時,可在SATWE的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)增大地震作用,以滿足剪重比要求。


三、剛度比:主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性,避免結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變,形成薄弱層,見抗規(guī)3.4.2,高規(guī)4.4.2及相應(yīng)的條文說明;對于形成的薄弱層則按高規(guī)5.1.14予以加強。 剛度比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:如果某樓層剛度比的計算結(jié)果不滿足要求,SATWE自動將該樓層定義為薄弱層,并按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。

2、人工調(diào)整:如果還需人工干預(yù),可按以下方法調(diào)整:

1)適當降低本層層高,或適當提高上部相關(guān)樓層的層高。

2)適當加強本層墻、柱和梁的剛度,或適當削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的剛度。


四、位移比:主要為限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性,以避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。見抗規(guī)3.4.2,高規(guī) 4.3.5及相應(yīng)的條文說明。 位移比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:SATWE程序不能實現(xiàn)。

2、人工調(diào)整:只能通過人工調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置,減小結(jié)構(gòu)剛心與形心的偏心距;調(diào)整方法如下:

1)由于位移比是在剛性樓板假定下計算的,最大位移比往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的四角部位;因此應(yīng)注意調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度;同時在設(shè)計中,應(yīng)在構(gòu)造措施上對樓板的剛度予以保證。

2)利用程序的節(jié)點搜索功能在SATWE的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中快速找到位移最大的節(jié)點,加強該節(jié)點對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度;也可找出位移最小的節(jié)點削弱其剛度;直到位移比滿足要求。


五、周期比:主要為限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱,使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度,減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響,見高規(guī)4.3.5及相應(yīng)的條文說明。周期比不滿足要求,說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于側(cè)移剛度較小,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大,結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。 周期比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:SATWE程序不能實現(xiàn)。

2、人工調(diào)整:只能通過人工調(diào)整改變結(jié)構(gòu)布置,提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度;總的調(diào)整原則是加強結(jié)構(gòu)外圍墻、柱或梁的剛度,適當削弱結(jié)構(gòu)中間墻、柱的剛度;利用結(jié)構(gòu)剛度與周期的反比關(guān)系,合理布置抗側(cè)力構(gòu)件,加強需要減小周期方向(包括平動方向和扭轉(zhuǎn)方向)的剛度,或削弱需要增大周期方向的剛度。當結(jié)構(gòu)的第一或第二振型為扭轉(zhuǎn)時可按以下方法調(diào)整:

1)SATWE程序中的振型是以其周期的長短排序的。

2)結(jié)構(gòu)的第一、第二振型宜為平動,扭轉(zhuǎn)周期宜出現(xiàn)在第三振型及以后。見抗規(guī)3.5.3條3款及條文說明“結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性(周期和振型)宜相近”。

3)當?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時,說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于其兩個主軸(第二振型轉(zhuǎn)角方向和第三振型轉(zhuǎn)角方向,一般都靠近X軸和Y軸)的抗側(cè)移剛度過小,此時宜沿兩主軸適當加強結(jié)構(gòu)外圍的剛度,并適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度。

4)當?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時,說明結(jié)構(gòu)沿兩個主軸方向的抗側(cè)移剛度相差較大,結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對其中一主軸(第一振型轉(zhuǎn)角方向)的抗側(cè)移剛度是合理的;但相對于另一主軸(第三振型轉(zhuǎn)角方向)的抗側(cè)移剛度則過小,此時宜適當削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)部沿“第三振型轉(zhuǎn)角方向”的剛度,并適當加強結(jié)構(gòu)外圍(主要是沿第一振型轉(zhuǎn)角方向)的剛度。

5)在進行上述調(diào)整的同時,應(yīng)注意使周期比滿足規(guī)范的要求。

6)當?shù)谝徽裥蜑榕まD(zhuǎn)時,周期比肯定不滿足規(guī)范的要求;當?shù)诙裥蜑榕まD(zhuǎn)時,周期比較難滿足規(guī)范的要求。


六、剛重比:主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下,重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)不致過大,避免結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)倒塌,見高規(guī)5.4.1和5.4.4及相應(yīng)的條文說明。剛重比不滿足要求,說明結(jié)構(gòu)的剛度相對于重力荷載過??;但剛重比過分大,則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標較差,宜適當減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。 剛重比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:SATWE程序不能實現(xiàn)。

2、人工調(diào)整:只能通過人工調(diào)整增強豎向構(gòu)件,加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。

七、層間受剪承載力比:主要為限制結(jié)構(gòu)豎向布置的不規(guī)則性,避免樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載能力沿豎向突變,形成薄弱層,見抗規(guī)3.4.2,高規(guī)4.4.3及相應(yīng)的條文說明;對于形成的薄弱層應(yīng)按高規(guī)5.1.14予以加強。 層間受剪承載力比不滿足時的調(diào)整方法:

1、程序調(diào)整:在SATWE的“調(diào)整信息”中的“指定薄弱層個數(shù)”中填入該樓層層號,將該樓層強制定義為薄弱層,SATWE按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。

2、人工調(diào)整:如果還需人工干預(yù),可適當提高本層構(gòu)件強度(如增大柱箍筋和墻水平分布筋、提高混凝土強度或加大截面)以提高本層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力,或適當降低上部相關(guān)樓層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力。

如果結(jié)構(gòu)豎向較規(guī)則,第一次試算時可只建一個結(jié)構(gòu)標準層,待結(jié)構(gòu)的周期比、位移比、剪重比、剛度比等滿足之后再添加其它標準層;這樣可以減少建模過程中的重復(fù)修改,加快建模速度。上述幾個參數(shù)的調(diào)整涉及構(gòu)件截面、剛度及平面位置的改變,在調(diào)整過程中可能相互關(guān)聯(lián),應(yīng)注意不要顧此失彼。上述調(diào)整方法針對的是一般的高層結(jié)構(gòu),對于復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)還需要更多的經(jīng)驗和專業(yè)知識才能解決問題。


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