摘要：在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，有很多的參數(shù)需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行控制和分析，本文在對高層建筑四個(gè)比參數(shù)的分析基礎(chǔ)上，提出了各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)的要求和相關(guān)的措施，旨在為高層建筑的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，提供理論參考。
　　關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；位移比；周期比；
　　引言
　　隨著城市建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,高層建筑（10層及10層以上或房屋高度超過28m的建筑物）的應(yīng)用日益廣泛,由于高層建筑相對較柔,水平荷載作用效應(yīng)明顯,在滿足使用條件下如何才能達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求,這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須去追求與面對的。對于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，位移比、周期比、剛度比、軸壓比是保證結(jié)構(gòu)規(guī)則、安全、經(jīng)濟(jì)的4個(gè)極其重要的參數(shù)。
　　1位移比
　　1.1名詞釋義
　　（1）位移比：即樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移與平均水平位移的比值。（2）層間位移比：即樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移角與平均層間位移角的比值。其中：最大水平位移：墻頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大水平位移。平均水平位移：墻頂、柱頂節(jié)點(diǎn)的最大水平位移與最小水平位移之和除2。層間位移角：墻、柱層間位移與層高的比值。最大層間位移角：墻、柱層間位移角的最大值。平均層間位移角：墻、柱層間位移角的最大值與最小值之和除2。
　　1.2控制目的
　　高層建筑層數(shù)多、高度大，為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)具有必要的剛度，應(yīng)對其最大位移和層間位移加以控制，主要目的有以下幾點(diǎn)：（1）保證主體結(jié)構(gòu)基本處于彈性受力狀態(tài)，避免混凝土墻柱出現(xiàn)裂縫，控制樓面梁板的裂縫數(shù)量和寬度。（2）保證填充墻、隔墻、幕墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完好，避免產(chǎn)生明顯的損壞。（3）控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。
　　1.3電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)
　　PKPM軟件中的SATWE程序?qū)γ恳粯菍佑?jì)算并輸出最大水平位移、最大層間位移角、平均水平位移、平均層間位移角及相應(yīng)的比值。但對于計(jì)算結(jié)果的判讀應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）若位移比（層間位移比）超過1.2，則需要在總信息參數(shù)設(shè)置中考慮雙向地震作用；（2）驗(yàn)算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗(yàn)算層間位移角則不需要考慮偶然偏心；（3）驗(yàn)算位移比應(yīng)選擇強(qiáng)制剛性樓板假定，但當(dāng)凸凹不規(guī)則或樓板局部不連續(xù)時(shí)，應(yīng)采用符合樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型，當(dāng)平面不對稱時(shí)尚應(yīng)計(jì)及扭轉(zhuǎn)影響；（4）最大層間位移、位移比是在剛性樓板假設(shè)下的控制參數(shù)。構(gòu)件設(shè)計(jì)與位移信息不是在同一條件下的結(jié)果（即構(gòu)件設(shè)計(jì)可以采用彈性樓板計(jì)算，而位移計(jì)算必須在剛性樓板假設(shè)下獲得），故可先采用剛性樓板算出位移，而后采用彈性樓板進(jìn)行構(gòu)件分析；（5）因?yàn)楦邔咏ㄖ�在水平力作用下幾乎都會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，故樓層最大位移一般都發(fā)生在結(jié)構(gòu)單元的邊角部位。
　　2周期比
　　2.1名詞釋義
　　周期比即結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期（也稱第一扭振周期）Tt與平動為主的第一自振周期（也稱第一側(cè)振周期）T1的比值。周期比主要控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減小扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。因?yàn)楫?dāng)兩者接近時(shí),由于振動藕連的影響,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)將明顯增大。
　　2.2電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)
　　（1）因SATWE電算結(jié)果中并未直接給出周期比,故對于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)，需人工按如下步驟驗(yàn)算周期比:根據(jù)各振型的兩個(gè)平動系數(shù)和一個(gè)扭轉(zhuǎn)系數(shù)（三者之和等于1）判別各振型分別是扭轉(zhuǎn)為主的振型（也稱扭振振型）還是平動為主的振型（也稱側(cè)振振型）。一般情況下，當(dāng)扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5時(shí),可認(rèn)為該振型是扭振振型,反之應(yīng)為側(cè)振振型。當(dāng)然，對某些極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)還應(yīng)結(jié)合主振型信息來進(jìn)行判斷；周期最長的扭振振型對應(yīng)的就是第一扭振周期Tt，周期最長的側(cè)振振型對應(yīng)的就是第一側(cè)振周期T1；計(jì)算Tt/T1，看是否超過《高規(guī)》限值規(guī)定。對于多塔結(jié)構(gòu)周期比，不能直接按上面的方法驗(yàn)算，這時(shí)應(yīng)該將多塔結(jié)構(gòu)分成多個(gè)單塔，按多個(gè)結(jié)構(gòu)分別計(jì)算、分別驗(yàn)算（注意不是在同一結(jié)構(gòu)中定義多塔，而是按塔分成多個(gè)結(jié)構(gòu)）。
　　（2）對于剛度均勻的結(jié)構(gòu)，在考慮扭轉(zhuǎn)耦連計(jì)算時(shí)，一般來說前兩個(gè)或幾個(gè)振型為其主振型，但對于剛度不均勻的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，上述規(guī)律不一定存在。總之在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使得扭轉(zhuǎn)振型不應(yīng)靠前，以減小震害。SATWE程序中給出了各振型對基底剪力貢獻(xiàn)比例的計(jì)算功能,通過參數(shù)Ratio（振型的基底剪力占總基底剪力的百分比）可以判斷出那個(gè)振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每個(gè)振型對基底剪力的貢獻(xiàn)大小。
　　3剛度比
　　3.1名詞釋義
　　剛度比指結(jié)構(gòu)豎向不同樓層的側(cè)向剛度的比值（也稱層剛度比），該值主要為了控制高層結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性，以免豎向剛度突變，形成薄弱層。對于地下室結(jié)構(gòu)頂板能否作為嵌固端，轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)剛度能否滿足要求，及薄弱層的判斷，均以層剛度比作為依據(jù)。《抗規(guī)》與《高規(guī)》提供有三種方法計(jì)算層剛度。
　　3.2電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)
　　（1）規(guī)范對結(jié)構(gòu)層剛度比和位移比的控制一樣，也要求在剛性樓板假定條件下計(jì)算。對于有彈性板或板厚為零的工程，應(yīng)計(jì)算兩次，在剛性樓板假定條件下計(jì)算層剛度比并找出薄弱層，然后在真實(shí)條件下完成其它結(jié)構(gòu)計(jì)算。
　　（2）一般來說，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度應(yīng)該是沿高度均勻或沿高度逐漸減少，但對于框支層或抽空墻柱的中間樓層通常表現(xiàn)為薄弱層，由于薄弱層容易遭受嚴(yán)重震害，故程序根據(jù)剛度比的計(jì)算結(jié)果或?qū)娱g剪力的大小自動判定薄弱層，并乘以放大系數(shù)，以保證結(jié)構(gòu)安全。當(dāng)然，薄弱層也可在調(diào)整信息中通過人工強(qiáng)制指定。
　　（3）對于上述三種計(jì)算層剛度的方法，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇：對于底部大空間為一層時(shí)或多層建筑及磚混結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇“剪切剛度”；對于底部大空間為多層時(shí)或有支撐的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇“剪彎剛度”；而對于通常工程來說，則可選用第三種規(guī)范建議方法，此法也是SATWE程序的默認(rèn)方法。
　　4軸壓比
　　4.1名詞釋義
　　柱（墻）軸壓比N/（fcA）指柱（墻）軸壓力設(shè)計(jì)值與柱（墻）的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比。它是影響墻柱抗震性能的主要因素之一，為了使柱墻具有很好的延性和耗能能力，規(guī)范采取的措施之一就是限制軸壓比。
　　4.3電算結(jié)果的判別與調(diào)整要點(diǎn)
　　（1）抗震等級越高的建筑結(jié)構(gòu)，其延性要求也越高，因此對軸壓比的限制也越嚴(yán)格。對于框支柱、一字形剪力墻等情況而言，則要求更嚴(yán)格。抗震等級低或非抗震時(shí)可適當(dāng)放松，但任何情況下不得小于1.05。
　　（2）限制墻柱的軸壓比，通常取底截面（最大軸力處）進(jìn)行驗(yàn)算，若截面尺寸或混凝土強(qiáng)度等級變化時(shí),還驗(yàn)算該位置的軸壓比。SATWE驗(yàn)算結(jié)果詳細(xì)，當(dāng)計(jì)算結(jié)果與規(guī)范不符時(shí)，軸壓比數(shù)值會自動以紅色字符顯示。
　　（3）需要說明的是，對于墻肢軸壓比的計(jì)算時(shí)，規(guī)范取用重力荷載代表值作用下產(chǎn)生的軸壓力設(shè)計(jì)值（即恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.2,活載分項(xiàng)系數(shù)取1.4）來計(jì)算其名義軸壓比,是為了保證地震作用下的墻肢具有足夠的延性,避免受壓區(qū)過大而出現(xiàn)小偏壓的情況,而對于截面復(fù)雜的墻肢來說,計(jì)算受壓區(qū)高度非常困難,故作以上簡化計(jì)算。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]都鳳強(qiáng).高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,(21)
　　[2]任以超.混凝土結(jié)構(gòu)高層設(shè)計(jì)中需控制的六個(gè)比值[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品精選,2006,(03)
　　[3]徐培福,黃吉鋒,韋承基.高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制[J].土木工程學(xué)報(bào),2006,(07)
　　[4]吳大煒.高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2006,(04)