结构设计时结构参数的控制与分析

赵冰冰 陈晓文

摘    要：在结构设计时，大家都明白要控制好结构参数，好的结构参数下设计出的结构图纸，会能更好的满足现在人的需求，如经济性、抗震合理性、安全性、耐久性，所以结构设计师能很清晰的了解各个参数的控制要点及处理方式是极其关键的，也是一个成熟结构师鉴定的标准。

关键词：控制参数;结构调整

1  概述

在结构设计中，应把控好结构整体参数的控制，各个控制参数与结构的各个抗侧力构件的刚度有着直接关系，同时参数之间也息息相关，整体参数控制好有助于结构设计更加经济合理。整体参数的控制其实就是对结构构件刚度的控制，通过调整结构构件的布置方式及截面大小，改变整体或局部刚度，达到整体参数控制的要求，控制参数一般有周期比、位移比、层间位移角、剪重比、刚重比、层间受剪承载力比、及竖向构件满足延性要求的轴压比。

2  周期比的控制与分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条及条文说明，周期比为结构扭转为主的的第一自振周期Tt与平东为主的的第一自振周期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、超过A级高度的混合结构及本规范所指的复杂高层建筑不应大于0.85，。周期比主要是限制结构抗扭刚度不能太弱，提高建筑物必要的抗扭刚度，减少扭转对结构产生的不利影响，增加结构的抗扭安全性。通常当周期比不满足规范要求时，说明结构抗扭刚度相对于侧移刚度较小，造成的扭转效应偏大，结构的抗侧力构件布置不当，或者整体刚度偏小，由于结构外围的抗侧力构件对结构的抗扭刚度贡献最大，所以一般会调整的原则是加强建筑物外围墙、柱或梁的刚度，或者适当减弱中间部位构件的刚度。采用结构自身刚度与周期比的关系，合理布置抗侧力构件，增加需要减少周期方向的刚度，减少需要增加周期方向的刚度，并且保证第一阵型、第二阵型为平动，两者周期相近，第三周期为扭转。

3  位移比的控制与分析

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条及条文说明，在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度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1.5倍;B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及本规范所指的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。位移比主要是限制结构平面布置的不规律性，防止产生过大的偏心，避免导致结构产生较大的扭转效应。通过软件计算位移比时，楼板要采用刚性楼板假定，结构最大水平位移与层间位移往往出现在角度，因此应注意调整外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构质心与刚心的偏心距。一般情况可以通过软件中构件编号简图中，查找结构刚度薄弱点，通过加强构件本身刚度从而满足结构位移比的要求。

4  剪重比的控制与分析

根据《建筑抗震设计规范》5.2.5要求，规范要求抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应满足最小地震剪力系数与重力荷载代表值的乘积。剪重比主要限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的地震剪力不能太小，保证结构安全。剪重比不满足规范要求，说明结构的刚度相对于水平地震力偏小，应根据要求提高构件刚度;当剪重比偏大，则说明结构的经济性较差，应适当减少竖向构件的截面面积或构件数量。若出现剪重比不满足结构规范要求时，软件可以根据抗规要求自动将楼层最小剪力系数直接乘以该层及上一层重力荷载代表值之和，从而调整该楼层的地震力，来满足结构的剪重比要求，但此类方式会对整个楼层采用增大地震力的方式处理，会造成浪费，并且在结构受力方面来说也不是好的处理方式，通常做法还是通过调整结构构件布置来协调满足剪重比的要求。

5  刚重比的控制与分析

建筑物重力荷载在水平作用位移效应会引起的二阶效应，刚重比主要是判断在计算中是否要考虑二阶效应，具体要求详见《高层建筑混凝土结构技术规程》5.4.1、5.4.2条。当刚重比不满足要求时，说明重力二阶效应的影响较大，在计算时应该考虑。规范的下限主要是控制重力荷载在水平作用下引起的二阶效应不应过大，避免结构失稳倒塌，在处理时應该增加构件刚度，以致能抵抗二阶效应，但刚重比也不宜过大，避免不必要的经济浪费。

6  层间位移角的控制与分析

《建筑抗震设计规范》5.5.1对层间位移角提出了明确的要求，位移角的限值主要是确保结构应具备必要的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性、和正常使用要求。当位移角不满足要求时，说明竖向构件的刚度不满足要求，在设计时应加强剪力墙、柱等竖向构件的截面尺寸，或者增加构件数量;同时位移角也不宜过小，这样势必造成造价增加。在设计时位移角的计算是在刚性楼板假定下进行的，楼板应在构造上加强。

7  层间受剪承载力比的控制与分析

《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.3条A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%，B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%.，此项主要是限制结构竖向布置的的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载力沿竖向突变，避免薄弱层。当出现层间受剪承载力比不足时，可根据规范要求把该层定义为薄弱层，并采用加强薄弱层的措施加强本层构造;同时，若可以通过调整结构布置的方法避免时，可增大本层竖向构件的抗剪承载力能力，如加大截面，增加混凝土强度，减少上一层的抗侧力构件的抗剪承载力。

8  轴压比的控制与分析

轴压比主要是保证结构存有一定的延性要求，规范对框架柱、剪力墙墙肢提出了明确的轴压比要求。当轴压比不能满足规范要求时，说明结构的延性要求不能满足正常使用的延性要求，但同时也不能把轴压比过小，这说明竖向构件过大，不利于室内空间使用要求，并且造价势必会很高。

9  结论

结构参数的控制是结构设计时的关键，他决定建筑物本事的抗侧力的能力，好的结构设计能更好的在特殊情况下满足人们的使用要求，并且还是人类在逃避灾难的必要场所，同时合理的结构参数能避免不必要的浪费，能为建设方节省更多资源。设计人员在进行设计工作时也有了明确的控制要求，对设计工作更有指导意义。

参考文献：

[1] JGJ 3—2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB 50011—2010.建筑抗震设计规范[S].