结构整体性能控制总论

1 结构整体性能控制总论 该总论共有六部分，每一项都有关乎结构的整体抗震性能，作为结构人应能理解之、掌握之、应用之。对每一部分都从以下四方面进行论述： A 控制意义； B 规范条文； C 计算方法及程序实现； D 注意事项。 一、刚度比的控制：表征结构整体上下匀称度的指标。 A 控制意义： 新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，。 新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据， 直观的来说,层刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称度. B 规范条文： 新抗震规范附录E2.1规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2。 新高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。 新高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。 新高规的10.2.6条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录D的规定。 E.0.1底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构，可近似采用转换层上、下层结构等效刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时不应大于2。 E.0.2底部为2~5层大空间的部分框支剪力墙结构，其转换层下部框加-剪力墙结构的等效侧向刚度与相同或相近高度的上部剪力墙结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时不应大于2，抗震设计时不应大于1.3。 C 计算方法及程序实现： >>楼层剪切刚度 >>单层加单位力的楼层剪弯刚度 >>楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度 只要计算地震作用，一般应选择第 3 种层刚度算法 不计算地震作用，对于多层结构可以选择剪切层刚度算法，高层结构可以选择剪弯层刚度 不计算地震作用，对于有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法 D 注意事项: 转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。 层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。 当采用第3种层刚度的计算方式时，如果结构平面中的洞口较多，这样会造成楼层平均位移的计算误差增加，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算层刚度。选择剪切、剪弯层刚度时，程序默认楼层为刚性楼板 %刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。根据《抗震规范》和《高规》的要求，软件提供了三种刚度比的计算方式，分别是剪切刚度、剪弯刚度和地震力与 2

相应的层间位移比。正确认识这三种刚度比的计算方法和适用范围是刚度比计算的关键：1)剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；2)剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构；3)地震力与层间位移比是执行《抗震规范》第3．4．2条和《高规》4．3．5条的相关规定，通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比，这也是软件的缺省方式。 %新高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。"__________楼主,你说的这条应为新高规的4.4.2条. %新高规的10.2.6条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录D的规定。" 以上一条:新高规10.2.6条应为10.2.3条,附录D应为附录E. %转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。 层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序将由用户自行控制。 请问，楼层屈服强度是否可以作为薄弱层的重要指标？ 再问，层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，是怎么判读该层为薄弱层的？ 再再问，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大1.15，这里程序是怎么由用户控制的？ %非抗震区的设计，对建筑物的结构设计也要加强一些构造措施，尤其是抗震的概念设计 %我也谈谈看法: 剪切刚度:本人认为是一种很无聊的算法,完全是一种适合手算的方法,你看他仅仅考虑了竖向构件的贡献,没有考虑梁、斜杆的贡献及质量的影响，这能说明什么呢？也就适合于手算，我不知道规范为什么要推荐这种算法。 剪弯刚度：是一种纯粹的力学概念的刚度，概念清楚也比较好理解。但没有考虑质量的影响。 地震位移地震力比法：本人认为这是一种比较科学的算法，虽然概念不那么直观。但它直接反映的是地震力的影响，反映了竖向构件、水平构件及斜杆的贡献，更重要的是反映了楼层质量的影响。比如物理刚度大但质量也大的转换层就不能说它的楼层刚度也大，因为它的质量也大，地震反映可能就不小。 另外，法1和法2仅适应于有转换层的结构，而法3适应于转换层以外的其他楼层，那么有转换层的结构就要算两次。我的问题是为什么“SATWE”软件不把楼层刚度计算作为复选而要作单选。如果作为复选那我们计算一次就能解决问题。是不是很爽。 二、周期比的控制：表征抗扭刚度的大小，不至结构地震时轻易产生扭转破坏。 A 控制意义： 周期比---第一扭转周期与第一侧振周期的比值 周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，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。所以一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。一句话，周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性 3

验算周期比的目的，主要为控制结构在罕遇大震下的扭转效应。 B 规范条文 高层规程第4.3.5条，要求：结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85 抗归中没有明确提出该概念，所以多层时该控制指标可以适当放松，但一般不大于1.0。 C 计算方法及程序实现 程序计算出每个振型的侧振成份和扭振成份，通过平动系数和扭转系数可以明确地区分振型的特征。 周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1（注意：在某些情况下，还要结合主振型信息来进行判断）。知道了Tt和T1，即可验证其比值是否满足规范 D 注意事项 >>复杂结构的周期比控制 多塔结构周期比：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。如果上部没有连接，应该各个塔楼分别计算并分别验算，如果上部有连接，验算方法尚不清楚。 体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。 当高层建筑楼层开洞口较复杂，或为错层结构时，结构往往会产生局部振动，此时应选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比。以过滤局部振动产生的周期 %7楼：我实在不明白可以人为的使结构的平动周期比扭转周期要早。我想周期这个东西应该与振型相关吧。振型又跟结构质量分布和刚度相关吧。与地震波有关系么？ 请帮我澄清一下这个概念。 %地震这个东东是说不清道不明的，地震波也只是人工来模拟的，不可能准确的输入，至于人为的使结构的平动周期比扭转周期要早，我认为主要是在人们的预想的地震来临时保证建筑物安全的措施而已。 %选择“强制刚性楼板假定”来计算结构的周期比,在符合条件后，还要按照原来的假定进行计算配筋. %周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。《高规》第4．3．5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt平动为主的第一自振周期T，之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。 设计软件通常不直接给出结构的周期比，需要设计人员根据计算书中周期值自行判定第一扭转(平动)周期。以下介绍实用周期比计算方法：1)扭转周期与平动周期的判断：从计算书中找出所有扭转系数大于0．5的扭转周期，按周期值从大到小排列。同理，将所有平动系数大于0。5的平动周期按其值从大到小排列；2)第一周期的判断：从队列中选出数值最大的扭转(平动)周期，查看软件的“结构整体空间振动简图”，看该周期值所对应振型的空间振动是否为整体振动，如果其仅仅引起局部振动，则不能作为第一扭转(平动)周期，要从队列中取出下一个周期进行考察，依此类推，直到选出不仅周期值较大而且其对应的振型为结构整体振动的值，即为第一扭转(平动)周期；3)周期比计算：将第一扭转周期值除 4

以第一平动局期值即可。 我要补充几点，在计算时一定用的上。 1。必须满足平动周期出现的比扭转周期早 2。扭转周期出现的越晚越好，不一定非得出现在第二周期 % 周期是结构自身属性。体系有多少个自由度就有多少个频率，相应的就有多少个振型，也就有多少个周期（周期是频率的倒数）。“1。必须满足平动周期出现的比扭转周期早 ”表达不妥当。要考虑的是周期比。不是说什么早晚！那么周期比是什么呢？最容易使结构出现扭转破坏时的周期（一般是哪个周期大，说明在那种振型下结构抗扭刚度最弱，也最容易破坏）与使结构最容易发生平动破坏时的周期的比~~~~，保证他们的比值小于某个数，也就是要是扭转周期要往小了走，保证抗扭刚度（某振型下周期小，则对应说明该振型下刚度大），尽量使结构不作扭转，使结构作为平动，而发挥整个结构各个构件的性能。为什么要平动，在平动状态下，结构各构件位移趋于一直，更好的发挥所有构件性能。 一点拙见，请大家指正 % to 7楼：若扭转为第一周期，说明结构的质心和刚心偏差都很大，这种结构形式在地震到来时最容易破坏，所以进行调整使刚心和质心尽量重合，避免扭转周期为第一周期。“我实在不明白可以人为的使结构的平动周期比扭转周期要早”没有什么好不明白的，完全可以人为的增加建筑的抗扭刚度，以保证平动周期为第一周期。 为什么平动比扭转要好，就是因为平动时竖向构件的位移是相同的，各竖向构件的受力大志均匀。但扭转就不同了，扭转时周边构件位移要比中心构建位移大得多，很显然受力大的构件在其他构建还没充分发挥的情况下就先破坏了。 % 对于一个建筑物它所受到的地震力是我们现在可以假设的，所以在规范所规定的地震力作用下，结构自震第一周期控制为平动是可以人为的调整的，另外我有一点跟三楼的不同意见，扭转周期必须出现在第三周期以后，这个看SATWE的说明书就可以明白。 % 地震作用对结构的损害与扭转反应的大小有直接的关系，扭转反应的大小又与地震的的频率、地震扭转震动分量以及结构自身性能等有关。结构自震周期表示结构自身的性能，其中扭转周期的相对大小反映了结构抗扭刚度的大小。抗扭刚度较小的结构，其扭转周期必然较长，甚至长于结构平移周期。因此高规要求将结构扭转周期与平移周期的比值进行限制，即周期比要求。 % 周期比是控制结构扭转效应的重要指标。它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至出现过大的扭转。也就是说，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构承载布局合理。《高规》第4．3．5条对结构扭转为主的第一自振周期Tt平动为主的第一自振周期T，之比的要求给出了规定。如果周期比不满足规范要求，说明该结构的扭转效应明显，设计人员需要增加结构周边构件的刚度，降低结构中间构件的刚度，以增大结构的整体抗扭刚度。 % 《高规》4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。 注意：a、这条要求主要是限制结构的抗扭刚度不能太弱。b、提醒大家解决扭转，要注意做好加减法 三、位移比的控制：扭转不规则时的一控制参数，反映了结构的扭转效应 A 控制意义：