高层建筑结构设计中应重视的几个计算结果

1、年第期（总第期）沿海企业与科技，（）高层建筑结构设计中应重视的几个计算结果谢立冬摘要高层建筑的结构设计复杂多样，广大设计人员在高层建筑结构分析和设计中越来越多地依靠结构设计软件。文章结合当前在结构设计中应用广泛的软件，对在计算工程中应重视的几个计算结果进行探讨。关键词高层建筑；结构设计；规范；作者简介谢立冬，广西城乡规划设计院工程师，广西南宁，中图分类号文献标识码文章编号】（）近年来随着经济高速发展，高层建筑在我国得到广泛的应用，其结构体系日趋多样化、复杂化，广大结构设计人员在高层建筑结构分析和设计中越来越多地依赖计算机软件完成工程任务。设计人员在运用软件进行结构计算时，应当结合软件的使用技术

2、条件和有关规范、规程，对计算结果进行分析判断，确认计算结果的合理性。笔者针对当前在结构设计中应用较广泛的软件，对在结构计算过程中应重视的几个计算结果进行讨论。由度和个转动自由度），其结构的自由度数则为结构层数的倍。设计人员在计算分析过程中，应当查看阿软件中的周期、振型、地震力文件（），看、向的有效质量系数是否达到，判断振型组合数是否取值合理，考虑结构方案是否合理。二、周期比的控制周期比主要控制的是侧向刚度与抗扭刚度之间的相对关系，是控制结构扭转效应的重要指标，使抗侧力构件的平面布置合理，避免结构出现过大的扭转。高规第条对以结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比作出了具体控制要求

3、。在软件中，程序不直接给出结构的周期比，设计人员需要在周期、振型、地震力文件（）中根据振型的平动系数、扭转系数区分各振型是平动振型还是扭转振型，将周期值最大的第一扭转周期除以第一平动周期。，看其是否满足高规的要求。需要强调的是，设计人员不能仅简单地看周期比是否满足要求，而忽略了绝不能在第一周期出现扭转振型的这种情况。如果周期比不满足规范要求，说明结构抗扭刚度相对侧向剐度偏小，结构扭转效应明显，设计人员需要通过整体调整抗侧力结构的布置，比如增加结构周边构件刚度，削弱内筒的刚度，增设抗震墙等等，以增大结构的抗扭刚度。一、确定结构计算的振型组合数在做结构水平地震作用计算时，必须考虑振型的数量。对此，

4、高层建筑混凝土结构技术规程（简称高规）第条规定，采用振型分解反应谱方法时，对于不考虑扭转耦联振动影响的结构，其结构计算振型数对于规则结构可取，当建筑较高、结构沿竖向刚度不均匀时可取。高规第条也规定，在抗震计算时，宜考虑平扭耦连计算结构的扭转效应，振型数不应小于；对于多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的。可见，做抗震计算时必须确定适当的计算振型数量，因为当结构计算振型数增加，水平地震作用效应增大，内力和变形增大。如果振型数取值过小，不能正确反映计算模型应当考虑的地震振型数量，未能计人后续振型产生的地震作用效应，导致计算结果失真甚至偏于不安全。如果振型数

5、取值过大，不仅浪费大量的计算时间，而且当振型数超过结构的固有振型总数时，还会导致计算结果发生畸变。造成结构分析错误。结构的固有振型总数等于结构总自由度数，比如对采用刚性板假定的结构，其每个节点只有个自由度（个水平平动自三、层间位移比与层间位移角的要求位移比是判断结构平面布置是否不规则的重要依据。建筑抗震设计规范口（简称抗震规范）第条将其定义为“楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的倍时为扭转不规万方数据则”。高规第条也对在“考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移”作了明确规定。设计人员应在软件中的结构位移文件（）中查看

6、位移比的大小，判断结构是否规则。高规第条和第条对选择偶然偏心计算还是双向地震计算有相应的规定，设计人员应正确选用。在考虑偶然偏心情况下，当位移比小于时，可只考虑偶然偏心，不考虑双向地震作用；当位移比大于时，应考虑双向地震作用，不考虑偶然偏心。而高规第条规定，在抗震设计时，楼层层间重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。刚重比还是控制高层建筑结构整体稳定的重要因素。研究表明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大。如果不能通过整体稳定验算，则有可能引起结构的失稳倒塌。软

7、件在结构设计信息文件（）中给出了结构的整体稳定验算结果，设计人员根据计算结果，决定是否应选择考虑重力二阶效应进行复算。位移角的计算不考虑偶然偏心的影响，对此设计人员应当进行验算。值得注意的是，规范中对结构扭转不规则规定的位移比、位移角限值是在“按刚性楼盖”计算的假定下作出的，如果结构计算模型中设定有弹性板，应当按刚性楼板假定的情况下计算正确的位移比和层间位移角，然后再在真实条件下进行结构四、刚度比和层间受剪承载力之比的限值刚度比和层间受剪承载力之比都是控制结构中，程序可以自动计算并指出楼层是否为薄弱层。五、刚重比与剪重比刚重比是结构刚度与重力荷载的比值，是影响万方数据剪重比是进行水平地震作用计

8、算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力最小值。这是由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于的结构，由此计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小。而对于长周期结构，地震地面运动速度和位移可能对结构的破坏具有更大影响，但规范采用的振型分解反应谱法还无法对此做出正确估计。因此出于结构安全考虑，应增加剪重比的要求，分析结构是否可能出现薄弱层，据此对结构水平地震作用效应进行相应调整。设计人员可以在周期、振型、地震力文件（）中查看输出的剪重比结果，还可以在软件前处理的分析与设计参数补充定义中选择让程序自动按抗震规范第条调整各楼层地震内力。需要注意的是，程序输出的剪重比并不适用于上连多塔结

9、构。多塔时应单独对各个塔进行抗震计算、调整，再进行全楼的整体内力配筋计算。六、结语高层建筑的结构设计任务复杂繁重，设计人员借助使用结构计算软件，可以极大地提高工作效率，但也不能一味地依赖计算机，盲目接受计算结断，采取相应处理方法进行必要的调整完善，才能参考文献】高层建筑混凝土结构技术规程（）北京：中国建筑工业出版社，建筑抗震设计规范（）北京：中国建筑工业出版社，陈岱林，等多层及高层结构软件高级应用北京：中国建筑工业出版社，设计计算。竖向不规则的重要指标。根据这两个指标，设计人员可以分析判断计算模型的结构侧向刚度是否从下而上均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。抗震规范第条对竖向不规则

10、有明确的阐述，高规第条和第条也规定了抗震设计的高层建筑结构其楼层侧向刚度和楼层层间抗侧力结构的受剪承载力的限值。在软件的结构设计信息文件（）薄弱层的地震剪力按规范规定应乘以的增大系数。另外，在高层建筑结构计算中，如果把地下室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倍。如果不能满足倍的要求，就应将主体结构的嵌固部位下移，直至符合要求的地下层。而与刚度比不同的是，程序仅给出了各楼层间受剪承载力的比值，并没有自动判别是否满足规范，设计人员应根据给出的计算结果，自行判断是否符合高规的限值要求。果。设计人员应当认真学习规范，努力提高理论知识，依据工程的实际情况

11、，结合自己的实践经验，把握工程设计要点，对计算结果作出正确的分析和判设计出高质量、高品质的工程。重力二阶（一）效应的主要参数，高层建筑结构如果不能满足高规第条的规定时，应考虑高层建筑结构设计中应重视的几个计算结果作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：谢立冬广西城乡规划设计院,广西,南宁,530022沿海企业与科技COASTAL ENTERPRISES AND SCIENCE & TECHNOLOGY2006，(8)0次参考文献(3条)1.JGJ 3-2002.高层建筑混凝土结构技术规程 20022.GB 50011-2001.建筑抗震设计规范 2001相似文献(10条)1.期

12、刊论文 苏英 高层建筑结构设计的几个问题 -科技信息（学术版）2007(16)随着城市化发展以及建筑用地的紧张,高层建筑将日益增多.本文介绍了高层建筑结构设计的特点,对高层建筑结构受理性能以及设计中的经常遇到的结构扭转、结构的侧移和振动周期、剪重比等若干问题进行了讨论.2.学位论文 谢春 某带转换超限高层建筑的结构设计与研究 2007随着我国经济快迅发展，国内的“城市化”进程也越来越快，大量人口向城市高度集中，而相对于人口的快迅增长，城市土地却是一种不可再生的资源，为了尽可能地在有限的土地上取得最大的建筑面积，建筑物向高度方向发展成为一种必然的趋势。业主和建筑师为在建筑艺术、建筑造型、建筑多功

13、能以及多用途等方面体现其创新，设计了众多体型复杂和内部空间多变的高层建筑，而多功能的高层建筑，往往需要沿建筑物的竖向划分为不同用途的区段，如底部用于商业、大空间的大堂、交通通道，而上部楼层为酒店客房、住宅。这些建筑的竖向结构构件往往不能上下连续，需要设置转换层，通过转换构件实现上、下竖向构件的过渡。本文针对以上问题，以主持设计的某147m带转换超高层住宅楼为研究对象，阐述了结构设计与分析的基本原则在工程设计中的具体运用；重点论述超限高层结构体系选择和优化、结构设计研究及额外加强措施等方面的问题；并结合工程实际通过多个简化模型对剪力墙结构体系在水平力作用下位移的变化规律进行专项的研究和探讨；希望

14、为结构工程师在类似工程方面提供有益的参考意见和思路。本论文的研究内容主要分三个部分第一部分(第二、三章)工程概况，包括建筑特点及其对结构方案的影响，结构方案的选择和优化的研究过程。 第二部分(第四、五章)超限高层建筑结构设计的研究，包括设计参数、结构布置、超限类型和程度及针对超限采取的分析方法及结构抗震的主要措施，并采用大震下静力弹塑性分析方法验证结构对性能目标的满足情况。第三部分(第六章)通过三个简化模型和一个实际工程进行对比分析，总结剪力墙结构在水平力作用下其位移组成及分布规律。本文的主要结论如下：1、结构方案的优选的重要性对超限高层设计是不言而喻的。而对于带转换层结构，应注意以下几个方面

15、：强化下部、弱化上部控制平面的规则性布置转换层上下主体竖向结构时，尽量使水平转换结构传力直接。2、超限高层受力复杂，影响因素多且指标控制严格，设计时应全面细致对超限部位予以充分的论证与加强。3、对于超限高层建筑而言，仅通过现行抗震规范的小震承载力和位移验算以及抗震构造措施有可能不满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，宜通过大震的弹塑性静力、动力分析，准确掌握结构的抗震性能，发现结构的薄弱部位，进行必要的设计调整和结构加强，从而确保结构的安全。4、随着连梁刚度由小至大变化，剪力墙结构出现最大层间位移角、最大无害位移角的结构楼层号呈先递减后递增的趋势。建筑物的底层有害位移往往很大，其

16、有害位移占总位移的比例是各楼层最大的，其绝对值即使不是最大，也与最大值相距不远，故首层的抗震性能、构造措施值得引起工程设计人员的重视。5、建筑物的上部楼层有害位移可能为负值。3.期刊论文 张向峰 高层建筑结构设计与计算相关问题初探 -中国高新技术企业2009(12)随着不规则复杂高层建筑越来越多,如何正确进行结构设计和结构计算,以满足新规范的要求,成为结构设计人员必须面对的问题.文章主要对高层建筑结构设计与计算进行了一些探讨,提出了一些看法,以供参考.4.期刊论文 凌秋 对高层建筑结构设计的研究 -中国科技博览2009(25)随着科学技术的发展,为高层建筑发展创造了前所未有的机遇.本文主要围绕

17、高层建筑结构设计的特点以及高层建筑结构体系的分析;提出各种体系相对应的方法.可供同类工程设计时参考.5.期刊论文 阴杰 高层建筑结构设计若干问题分析 -山西建筑2008,34(22)根据多年从事高层建筑结构设计的经验,对实际工作中遇到的主楼与裙房间的关系问题、高层建筑基础的选型、地下室外墙的设计、连梁超筋问题以及高层建筑转角窗问题进行了详细探讨,为结构设计人员提供了参考依据.6.期刊论文 王伟 高层建筑结构设计中一些问题的探讨 -城市建设与商业网点2009(23)在高层建筑结构设计中,设计人员常常遇到一些规范规定不明确或对规范条文理解不同的问题,给结构设计工作带来一些不便,现就高层建筑结构设计中常见的此类问题谈谈自己的看法.7.期刊论文 都凤强 高层建筑结构设计的实践探讨 -科技创新导报2009(21)高层建筑作为特殊的建筑形式,加强其结构设计的实践探讨非常必要.本文在总结分析高层建筑结构形式特点的基础上,从不同角度对加强高层建筑结构设计的思路进行了分析探讨.8.期刊论文 黄宁峰 结合实践对高层建筑结构设计若干问题的分析 -四川建材2009,35(6)随着高层建筑的快速发展,如何才能更好的提高高层建筑结构设计,文章作者根据自己多年来的工作经验,就混凝土高层建筑结构设计进行了分