高层建筑结构抗震设计中的电算

【摘要】随着计算机技术的发展，建筑结构设计的计算程序也日益完善，从而使设计人员对电算的依赖程度也越来越重，而很多新人更是对电算只知其然而不知其所以然，这就会使得结构设计存在不合理的可能。本文将就多高层混凝土结构抗震方面的电算参数输入和结果输出进行一个简单的归纳。

【关键词】结构抗震；参数输入；结果分析

1、抗震相关的参数输入

以目下相对主流的计算程序SATWE和YJK为例，罗列一些容易被忽视的点，常规的一些参数这里不再探讨。

（1）抗震等级的输入：分为砼框架抗震等级、剪力墙抗震等级、钢框架抗震等级、抗震构造措施的抗震等级，这个参数必须正确填写，主要为按照规范做“强剪弱弯”、“强柱弱梁”的内力调整，已达到抗震中最重要的指标“延性”。这里要注意的是当建筑存在局部抗震等级不统一的情况时，需要在特殊构件定义中对相应位置的抗震等级进行单独定义；抗震构造措施如有规范规定的如“《抗规》3.3.3条”时，此时应根据实际情况提高。

（2）按《抗规》6.1.3-3降低嵌固端以下抗震构造措施的抗震等级：本参数为实现抗规的要求而设置，《抗规》规定，地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下一层抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不能小于四级。 这里重点说明下抗震措施的抗震等级，和抗震构造措施的抗震等级的区别。抗震措施一般可分为内力计算和抗震构造措施（即抗震措施包括抗震构造措施），内力计算则是平时采用程序进行的地震作用计算及强剪弱弯等的调整，这些都是需要通过数值计算来实现的，而抗震构造措施是不需要计算的，即平时的轴压比控制和配筋率控制等。故此参数一般建议勾选。

（3）考虑偶然偏心、考虑双向地震作用：这个参数存在的疑问是，经常有人不知道什么时候该点选哪项。根据《高规》12页第3.3.3条“计算单向地震作用时应考虑偶然偏心的影响”而双向地震作用则是根据《抗规》第26页第5.1.1条3款（强条）：“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向地震作用下的扭转影响”，一般工程中认为在计算结果中位移比大于1.2时属于明显不对称，此时应勾选，但新版PKPM说明中解释到，软件能够自动在偶然偏心和双向地震中取大值，因此在实际计算时，均勾选亦可。

（4）计算振型个数：理论中振型数应取为结构层数的3倍，主要考虑某些结构的高阶振型对结构的影响。但实际计算中，规范规定在质量参与系数不小于90%时，则可认为振型数量合适，故一般工程中，满足质量参与系数不小于90%的前提下，多层可按照层数取值，高层一般可取15或18个，从而提高计算效率。

（5）周期折减系数：《高规》4.3.17条中给出了各种结构形式的周期折减系数的取值范围，但是具体到实际计算中应该取多少呢？这个参数主要为考虑结构中的填充墙对结构刚度的影响，在结构计算时，模型中只是建立了其中的梁、板、柱、墙，但实际情况下，结构中还会填入砌体填充墙，这些填充墙会增加结构的实际刚度，但模型中却没有考虑，因此实际周期会比计算周期小，因此软件采用此折减系数来近似考虑非结构填充墙的影响。在这个理论基础上就可以根据实际工程中填充墙的多少来确定此参数的取值了。

2、抗震相关的结果输出

这部分主要谈一谈计算结果中与抗震相关的几个数据，侧重在控制和调整。这里首先要明确一个前提：验算位移比需要考虑偶然偏心作用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心；验算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响。

（1）轴压比：主要为控制结构的延性，根据不同的抗震等级，《高规》和《抗规》中对墙肢和柱均有相应限值要求。此项数据没有太多的调整办法，若不满足增大截面或者提高混凝土强度等级即可。当工程限制条件比较苛刻的时候可根据规范注释及条文说明适当放宽。

（2）剪重比：一个容易被忽视的数据。《抗规》5.2.5条规定了楼层最小地震剪力系数，目的就是为了控制楼层最小地震剪力，保证结构的安全。这个剪力系数就是电算结果中的剪重比，当有楼层的剪重比不满足规范要求时，则需要改变结构布置或调整结构总剪力和各层的水平地震剪力使之满足要求。现在的软件是可以自动调整此项数据，但调整的办法是乘以增大系数，并不会自动去调正结构布置，所以我们需要考虑我们的结构布置是否合理，若剪重比过小，说明底部剪力过小，此时应注意结构位移满足要求，构件截面配筋为构造配筋的“安全”假象，要对构件截面尺寸、周期是否折减进行全面检查，找出原因；剪重比过大，说明底部剪力过大，应检查输入信息，是否有误，或剪力墙数量过多，结构太刚。

（3）周期和周期比：周期的大小与结构在地震中的反应有密切关系。通过分析周期的大小是否在經验公式的范围内，可判断出结构的刚度是否合适。如果有异常，需要检查结构截面尺寸、布置和输入数据。尤其需要注意的是结构自振周期应与场地土的卓越周期错开，避免共振造成灾害。至于周期比需要注意的是此项数据多层建筑是不需要考虑的，仅需满足《抗规》避免第一周期扭转即可，在高层建筑中当周期比超限时，一般主要是结构抗扭刚度不足，需调整结构方案加大抗扭刚度。

（4）层间位移角和位移比：位移角是用来限制结构的水平位移，确保结构具备足够的刚度，避免产生过大的位移。当位移角不满足时可以从竖向构件及梁截面、中梁刚度放大系数、周期折减系数、连梁刚度折减系数等方面进行调整。位移比则是用来限制结构的扭转效应的，《高规》3.4.5条文说明中有位移比限值可达1.6的条件，这一点大家可以加以利用。

结语：

结构工程师应在保证计算参数输入正确、合理的前提下，从结构整体和局部两个方面在建筑结构设计按上述内容进行分析、判断，使施工图设计达到最优的设计效果。

参考文献：

[1]建筑抗震设计[M].中国建筑工业出版社，2016.

[2]高层箭镞混凝土结构技术规程[M].中国建筑工业出版社，2010.

[3]张维斌.多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M].中国建筑工业出版社，2005.

作者简介：

邳磊，华东建筑设计研究院有限公司大连分公司，辽宁大连。