结构上机计算的控制要点

申艳军

河北旅游投资集团股份有限公司 河北石家庄 050000

结构成本占到建安成本的40%-60%，同时结构成本还常常由于策划及设计管理的好坏出现非常大的波动，结果可能造成成百上千万元的造价差别，因此结构设计优化就成为整个设计阶段成本控制的重中之重。结构优化是对结构设计进行的检讨与改善，是一个再加工的过程，而不是单一的节约用钢量。优化后的结构一般会达到指标更经济、建筑空间和室内使用更合理、结构安全度更高、现场施工更方便的效果，是一个统筹考虑、综合最优的结果。即结构优化既为“省钱”（更经济），也为“更安全”、“更适用”、“更方便”。

1 高层建筑结构设计控制指标

1.1 位移控制

《高规》3.4.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移角，A级高度高层建筑不宜该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑，不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构的位移比是反映结构扭转效应的一项重要指标。位移比要求在刚性楼板假定条件下进行，并应考虑“偶然偏心影响”。对于有弹性板或板厚为0的工程，应计算两次，先在刚性楼板假定条件下计算位移比，再在真实条件下完成内力和配筋计算。结构位移可查看SATWE输出结果文件WDISP.OUT。当位移比不满足要求时，往往是由于结构刚度布置不均匀，如剪力墙偏置、支撑布置不均匀等，也可能是由于结构上下层刚度偏心较大引起的，如带有偏心布置的大底盘高层建筑。应通过调整结构方案，尽量控制结构刚度分布均匀。

1.2 周期比控制

周期、振型可查看SATWE输出结果文件WZQ.OUT。程序计算出每个振型的侧振成分和扭振成分，二者之和等于1.0。若某振型的平动系数大于0.5，该振型即平动振型；反之则是扭转振型。纯粹的平动振型是指平动系数大于0.8，纯粹的扭转振型是指扭转系数大于0.8。对于复杂结构还应结合结构整体空间振型动态图形来确认，以排除较长的局部振动周期。一般对多层建筑不需控制周期比，只有高层建筑才需要控制周期比。需要注意的是，周期比和位移比的计算均要求在刚性楼板假定下进行。

1.3 层刚度比控制

层刚度比是控制结构竖向不规则性和判断薄弱层的重要指标。层刚度比计算及薄弱层地震剪力放大系数可查看WMASS.OUT文件。程序对于一般结构按“地震剪力与相应位移的比值”方法计算层刚度和刚度比，并要求采用刚性楼板假定。对于有弹性板或者板厚为0的工程，应计算两次，在“刚性楼板假定”条件下计算层刚度和找出薄弱层，再在真是条件下进行计算，并检查“刚性楼板假定”条件下计算的薄弱层和真实条件（弹性板）下的计算结果是否一致。确认后完成其他计算[1]。另外，转化层是楼层竖向抗侧力构件不连续的薄弱层，不管该层是否满足刚度比的要求，都应将该层设置为薄弱层。对于薄弱层，程序会将该层地震作用标准值的地震剪力乘以1.25的增大系数。

2 高层建筑结构设计电算要点

应用TAT、SATWE、PMSAP等程序进行高层建筑结构计算时，由于高层建筑结构的复杂性和控制指标的多样性并非一次计算就能够完成，必要时甚至需要多次计算，多次修改结构计算模型才能够达到规范要求。对一个具体工程通常至少进行四轮计算。

2.1 完成整体参数的正确设定

在整体分析开始前，应在SATWE前处理的“分析与设计参数补充定义”菜单中对参数进行正确设置。这些参数关系到整体计算结果，而有些数值在计算前又很难估计，经反复试算才能确定，如振型组合数、最大地震力作用方向和基本周期等。本轮计算确定对整体分析具有控制作用的参数，因此要正确设置。

2.2 确定整体结构的合理性

如前所述，设计人员应从结构整体和局部两个方面分析计算结果，判断整体计算各主要指标如周期比、位移比、刚度比、受剪承载力比、刚重比、层间位移角等参数是否满足规范要求，必要时加以调整计算。

2.3 构件设计

满足整体参数控制计算后，应按照真实情况进行结构计算。所谓真实情况就是根据实际情况设置“弹性楼板”（弹性楼板6、弹性楼板3、弹性膜），多塔结构应选择整体计算模型，考虑地下室和上部共同计算，根据上一轮的计算结果判断地下室是否可以作为上部结构嵌固端，并输入相应的计算参数。这一轮主要进行结构构件内力和配筋计算，主要包括梁、柱、剪力墙的配筋，柱和剪力墙轴压比计算，构件截面优化设计等内容。

在计算过程中要注意以下几个方面：（1）框架梁超斤超限信息，包括纵筋超筋、梁截面限制条件不满足等。（2）框架柱轴压比是否超限。（3）梁柱节点核心区超限信息。（4）剪力墙暗柱的轴压比、配筋是否超限或者过小。混凝土构件配筋验算简图WPJ*.T中剪力墙的配筋计算是以直线墙段计算的，其轴压比、配筋面积仅供参考，剪力墙配筋设计应以墙边缘构件简图WPJC*.T为依据，也可用剪力墙组合配筋程序进行配筋设计。

（5）剪力墙连梁超筋。连梁一般跨度小、截面高、刚度大，在抗震计算中易出现超筋现象。解决连梁超筋的方法主要有：①调整剪力墙洞口，减小连梁刚度；②连梁中部设置水平缝，形成双连梁；③连梁刚度折减系数取较小值，但不应低于0.5；④连梁设定为铰接梁。（6）施工缝验算。（7）剪力墙墙肢稳定性验算。（8）梁的裂缝和挠度验算。（9）楼板的超筋、裂缝和挠度验算。（10）构件截面优化设计。即使构件不出现超斤、超限情况，也不能证明截面选择合理，应调整构件截面使其配筋在合理范围内。

3 结语

以上是从建筑结构程序计算方面对一些技术指标控制关键环节的阐述。每一个工程建筑都需要汇集参建各方的智慧和辛勤工作。从建筑结构设计角度出发，就是要尽力做到结构安全、经济效益和社会效益最大化，要处理好这些问题，涉及到建筑与结构方案、计算机软件应用、工作经验和技术先进等问题，加强这方面工作的研究和交流，就能使结构设计越做越好。最终实现建筑安全、经济和美观的完好统一。