混凝土结构设计中常见指标探讨

赵玉霞

（甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050）

混凝土结构设计中常见指标探讨

赵玉霞

（甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050）

随着科学技术的发展，目前比较成熟的结构设计软件很多，合理的使用结构设计软件辅助结构设计能够有效的提高工作效率和保证结构设计的安全可靠，达到事半功倍的效果。本文通过分析和探讨混凝土结构设计过程中常见指标，使结构设计人员能够更好的掌握和使用常见的指标。

混凝土结构；设计参数；结构设计

0 引言

目前，采用计算机软件进行多高层混凝土建筑结构的分析和设计非常普遍。多高层，特别是高层建筑越来越多，结构的布置复杂，构件较多，计算后数据输出量很大，因此，对软件的计算结果的合理性、可靠性进行判断是十分必要的。随着计算机软件和硬件的飞速发展，用于结构分析的软件的处理功能越来越完善，但仅能作为辅助设计，并不能不加调整的直接用于结构设计。结构工程师应以扎实的力学概念和丰富的工程经验为基础，全面的对结构计算的合理性进行判断，经过分析，确认其可靠性后，方可作为施工图设计的依据。

1 常见指标分析

1.1 楼层位移比和扭转周期比

国内和国外数次地震灾害的调查结果一致表明，建筑结构的平面布置如果不规则，建筑结构的重心与刚心存在偏心以及建筑结构的抗扭刚度很弱，在强震中一般破坏得较严重。我国现行结构设计规范从楼层位移比以及扭转周期比这两个方面限制建筑结构的扭转效应。

楼层位移比是指楼层的竖向抗侧力构件的最大的弹性水平位移除以楼层的竖向抗侧力构件的两端的弹性水平位移平均值。对结构楼层位移比的控制，是对整体结构规则性的控制。扭转位移比计算时，程序有多种输出结果，一般情况下，按单向水平地震作用下规定力计算的结果，并考虑偶然偏心。当结构的扭转位移比较大时，应通过调整建筑结构的平面结构布置，特别是尽量均匀对称的布置结构的抗侧力构件，调整抗侧力构件的侧向刚度，加强周边抗侧力构件的刚度，使结构具有良好的抗扭能力。

周期比主要控制的是结构整体的扭转刚度与侧向刚度的相对关系，其目的是使结构设计人员能均匀、合理的布置结构的剪力墙、柱等抗侧力构件。当建筑结构的平动第一周期T1和扭转第一周期Tt相差不大时能产生振动耦联（作用在给定侧移的某一质点上的弹性恢复力，不仅取决于这一质点上的侧移，而且还取决于其他质点的位移，这一现象称为耦联）的影响，结构的扭转效应明显增大。防止建筑结构存在较弱的抗扭刚度的措施，现行规范主要是通过计算Tt（扭转方向因子大于0.5且扭转周期为最长周期的称为Tt）与T1（结构沿两个正交方向各有一个平动为主的振型周期。T1指刚度较弱方向的平动为主的第一振型周期）之比，通过限制比值，防止结构在地震作用下产生过大的扭转导致结构破坏。总之，建筑结构控制周期比的真正目标是要求结构设计时合理、均匀的布置结构构件，而不是要求建筑的结构强度和刚度是否足够。当Tt/T1不满足规范规定要求时，应调整抗侧力构件的布置，调整结构的抗侧刚度和抗扭刚度的比值，当结构的侧向刚度有富余时（即结构的层间唯一角小于限值较多时），可通过适当减小结构的抗侧刚度，以满足扭转周期比要求；当结构的侧向刚度富余不多时，可通过适当加大外围结构的抗侧刚度（如：加大外围剪力墙、加大外框架刚度等）使扭转刚度的增加幅度大于侧向刚度的增加，满足扭转周期比要求。总之，限制楼层位移比关注的结构实际存在的扭转量值，而限制扭转周期比关注的是结构的抗扭能力。两者虽然都和结构的扭转有关，但关注的角度不同。

1.2 弹性层间位移角

现行结构设计规范通过弹性层间位移角来要求结构应具有合理的刚度，所以为了防止结构的刚度太小，规范给定了位移角的限值，弹性层间位移角的大小可体现出建筑结构的抗侧力构件（如：框架梁柱、剪力墙等）的截面尺寸大小、刚度强弱的一个整体性的量化指标。限制层间位移角的主要目的是保证结构在正常使用的情况下处于弹性工作状态不出现裂缝或者尽量把裂缝的发育限制在一定的范围之内，另外还要保证非结构构件不发生明显的损伤。弹性层间位移角是相对于地面的位移（相对位移），而不是结构的绝对位移。以西安为例，本地区设防烈度为8度，汶川地震时西安地区的烈度约为6.5度，处在结构抗震设计的多遇地震作用范围内，结构处于弹性状态中，结构的弹性位移角没有超过规范的限值。按计算，位于某抗震墙结构第20层处的水平位移最大值为57 000/1 000=57 mm（楼层离地面高度按57 m计算），而人所感觉到的实际位移要比57 mm大许多，除因地震时人的恐惧而夸大了地震位移外，还有一个重要的原因就是地震时人们感觉到的是绝对位移，是地面运动的位移与建筑物弹性位移的叠加。

1.3 剪重比

剪重比是指水平地震楼层剪力与该层处重力荷载的比值。对于长周期的结构，一般刚度较柔，因此由水平地震作用计算的剪力较小，但其水平地震作用引起的速度和位移对结构的安全性可能起控制作用。所以从安全的角度考虑，为了控制各楼层的最小地震剪力，确保结构安全，现行建筑结构设计规范规定了楼层最小地震剪力系数，也就是剪重比。设计中，当剪重比不满足规范要求时，可以通过减小周期折减系数及加大地震力调整系数的方法提高地震剪力。受程序使用功能的限制，当除底层以外的部分楼层的最小地震剪力系数不满足规范要求时，只可采用全楼地震力放大系数，使各楼层的最小地震剪力系数满足规范要求。当程序具有分层功能时，可只对不满足楼层最小地震剪力系数的楼层进行调整。

1.4 刚重比

结构整体稳定性是高层建筑结构设计的基本要求。理论和试验结果都表明刚重比（侧向刚度与重力荷载的比值）影响结构的重力二阶效应的一个最主要的因素，当刚重比较大时，在水平作用下，水平位移较小，重力二阶效应不是很明显对结构影响较小，结构具有安全可靠的稳定性。对高层建筑结构，当结构处于抗震设防低烈度地区的长周期结构应特别注意，虽然结构的设计水平力较小且结构刚度能满足水平位移限值的要求，但往往不能满足结构的稳定要求，控制刚重比能有效地保证建筑结构的整体稳定性。

2 结语

结构设计分析软件是一个工具，作为建筑结构设计工程师，不但要熟悉和掌握建筑结构相关的设计规范以及相关的结构和力学概念，也要对结构设计软件实现结构设计的原理、方法有较为深入的了解，计算假定、模型等都应与实际结构的受力及变形特点相吻合，同时应特别注意对软件计算结果的分析判定。所以，结构设计人员应努力学习，提高自身的理论素质和实践工程经验，从结构的整体层面和局部层面合理的分析计算结果，确定其安全可靠性后，才作为工程设计的依据。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2012：186-190.

[4]陆湘昆，王东.应用PKPM结构设计软件应重视的问题[J].四川建筑科学研究，2005，31（05）：39-41.

TU37

A

1673-1093（2015）08-0065-02

赵玉霞（1981），女，讲师，就职于甘肃建筑职业技术学院。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.08.016

2015-03-27；

2015-04-05