【干貨】各結(jié)構(gòu)計算概念解析(層間位移角、剪跨比、剪重比、位移比、周期比、軸壓比)

1、層間位移角解析“層間位移角”1、按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比；2、目的：主要為限制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的水平位移，確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。3、計算要求：不考慮偶然偏心，不考慮雙向地震。見高規(guī)3.4.5、3.7.3及相應(yīng)的條文說明。層間位移角不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的上述要求無法得到滿足。但層間位移角過分小，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)較差，宜適當(dāng)減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。層間位移角不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1、程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：只能通過調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。1）由于

2、高層結(jié)構(gòu)在水平力的作用下將不可避免地發(fā)生扭轉(zhuǎn)，所以符合剛性樓板假定的高層結(jié)構(gòu)的最大層間位移往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的邊角部位，因此應(yīng)注意加強結(jié)構(gòu)外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度，減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形。同時在設(shè)計中，應(yīng)在構(gòu)造措施上對樓板的剛度予以保證。2）利用程序的節(jié)點搜索功能在SATWE的“分析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中快速找到層間位移角超過規(guī)范限值的節(jié)點，加強該節(jié)點對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度。節(jié)點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。剪跨比解析剪跨比ratioofshearspantoeffectivedepth剪跨比指的是構(gòu)件截面彎矩與剪力和有效高度乘積的比值。簡支梁上集中荷載作用點

3、到支座邊緣的最小距離a（a稱剪跨）與截面有效高度hO之比。以入二a/hO表示。它反映計算截面上正應(yīng)力與剪應(yīng)力的相對關(guān)系，是影響抗剪破壞形態(tài)和抗剪承載力的重要參數(shù)。在其它因素相同時，剪跨比越大，抗剪能力越小。當(dāng)剪跨比大于3時，抗剪能力基本不再變化。狹義定義:a/hO廣義定義:M/VhO更深一層：主應(yīng)力與切應(yīng)力之比，延伸至延性與脆性X-MZ<v作廣久為鑄比反racial受穹炬怎算力的和轉(zhuǎn)大小賓段上也反呢了炬影上的正炫力O相翁農(nóng)力YuWb%）釣敗位關(guān)系.由raea力。広笄&力決疋丁交應(yīng)力的大4、相血白.從第瞬比血st的僞做輝妙心佃曼芻承彼力:叩正應(yīng)力與剪應(yīng)力決定了主應(yīng)力的大小和方向。框

4、架柱端一般同時存在著彎矩M和剪力V,根據(jù)柱的剪跨比X=M/Vho來確定柱為長柱、短柱和極短柱，h。為與彎矩M平行方向柱截面有效高度。入2（當(dāng)柱反彎點在柱高度H。中部時即Ho/ho>4）稱為長柱；1.5OW2稱為短柱；入W1.5稱為極短柱。試驗表明：長柱一般發(fā)生彎曲破壞；短柱多數(shù)發(fā)生剪切破壞;極短柱發(fā)生剪切斜拉破壞，這種破壞屬于脆性破壞?？拐鹪O(shè)計的框架結(jié)構(gòu)柱，柱端剪力一般較大，從而剪跨比入較小，易形成短柱或極短柱，產(chǎn)生斜裂縫導(dǎo)致剪切破壞。柱的剪切受拉和剪切斜拉破壞屬于脆性破壞，在設(shè)計中應(yīng)特別注意避免發(fā)生這類破壞。剪重比解析名詞解釋剪重比為地震作用與重力荷載代表值的比值。主要為限制各樓層的最

5、小水平地震剪力，確保周期較長的結(jié)構(gòu)的安全。剪重比是規(guī)范考慮長周期結(jié)構(gòu)用振型分解反應(yīng)譜法和底鏗邊法計算時，因地震影響系數(shù)取值可能偏低,相應(yīng)計算的地震作用也偏低，因此出于安全考慮，規(guī)范規(guī)定了樓層水平地震剪力的最小值.若樓層水平地震剪力小于規(guī)范對剪重比的要求,水平地震剪力的取值應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，抗震規(guī)范第5.2.5,高規(guī)4.3.12條明確要求了樓層剪重比。剪重比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的剛度相對于水平地震剪力過小；但剪重比過分大，則說明結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)較差,宜適當(dāng)減小墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。調(diào)整方法1、程序調(diào)整：當(dāng)剪重比偏小但與規(guī)范限值相差不大（如剪重比達(dá)到規(guī)范限值的80%以上）時，可按下列方法之一

6、進(jìn)行調(diào)整：1）在SATWE的“調(diào)整信息”中勾選“按抗震規(guī)范5.2.5調(diào)整各樓層地震內(nèi)力”，SATWE按抗規(guī)5.2.5自動將樓層最小地震剪力系數(shù)直接乘以該層及以上重力峑遨代表值之和,用以調(diào)整該樓層地震剪力，以滿足剪重比要求。2）在SATWE的“調(diào)整信息”中的“全樓地震作用放大系數(shù)”中輸入大于1的系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。3）在SATWE的“地震信息”中的“周期折減系數(shù)”中適當(dāng)減小系數(shù)，增大地震作用，以滿足剪重比要求。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：當(dāng)剪重比偏小且與規(guī)范限值相差較大時，宜調(diào)整增強豎向構(gòu)件，加強墻、柱等豎向構(gòu)件的剛度。位移比解析規(guī)范條文：新高規(guī)（2010）的3.4.5條規(guī)定，樓層豎向構(gòu)件的

7、最大水平位移和層間位移，A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。位移比的限值：是根據(jù)剛性樓板假定的條件下確定的，其平均位移的計算方法，也基于“剛性樓板假定”?？刂莆灰票鹊挠嬎隳Ｐ停喊凑找?guī)范要求的定義，位移比表示為“最大位移/平均位移”,而平均位移表示為“（最大位移+最小位移）/2”，其中的關(guān)鍵是“最小位移”，當(dāng)樓層中產(chǎn)生0位移節(jié)點，則最小位移一定為0,從而造成平均位移為最大位移的一半，位移比為2。則失去了位移比這個結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的參考意義，所以計算位移

8、比時，如果樓層中產(chǎn)生“彈性節(jié)點”，應(yīng)選擇“強制剛性樓板假定”。規(guī)范要求：高規(guī)3.4.5條，應(yīng)在質(zhì)量偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，考察結(jié)構(gòu)樓層位移比的情況。層間位移角：程序釆用“最大柱（墻）間位移角”作為樓層的層間位移角，此時可以“不考慮偶然偏心”的計算條件。復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如坡屋頂層、體育館、看臺、工業(yè)建筑等，這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標(biāo)高，或者本層根本沒有樓板，此時如果采用“強制剛性樓板假定”，結(jié)構(gòu)分析嚴(yán)重失真，位移比也沒有意義。所以這類結(jié)構(gòu)可以通過位移的“詳細(xì)輸出”或觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖，來考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對于錯層結(jié)構(gòu)或帶有夾層的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)總是伴有大量的越層柱，當(dāng)選擇“強制剛性樓板

9、假定”后，越層柱將受到樓層的約束，如果越層柱很多，計算失真。總之，結(jié)構(gòu)位移特征的計算模型之合理性，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際出發(fā)，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)采用多種手段。位移比不滿足規(guī)范要求時的調(diào)整方法：1程序調(diào)整：SATWE程序不能實現(xiàn)。2、結(jié)構(gòu)調(diào)整：只能通過調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距；調(diào)整方法如下:1）由于位移比是在剛性樓板假定下計算的，結(jié)構(gòu)最大水平位移與層間位移往往出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的邊角部位；因此應(yīng)注意調(diào)整結(jié)構(gòu)外圍對應(yīng)位置抗側(cè)力構(gòu)件的剛度,減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距。同時在設(shè)計中，應(yīng)在構(gòu)造措施上對樓板的剛度予以保證。2）對于位移比不滿足規(guī)范要求的樓層，也可利用程序的節(jié)點搜索功能在SATWE的“分

10、析結(jié)果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構(gòu)件編號簡圖”中，快速找到位移最大的節(jié)點，加強該節(jié)點對應(yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度。節(jié)點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。也可找出位移最小的節(jié)點削弱其剛度，直到位移比滿足要求。周期比解析規(guī)范條文：新高規(guī)的3.4.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。對于通常的規(guī)則單塔樓結(jié)構(gòu)，如下驗算周期比：1）根據(jù)各振型的平動系數(shù)大于0.5,還是扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5,區(qū)分出各振型是扭轉(zhuǎn)振型還是平動振型2）通常周期最長的扭轉(zhuǎn)振型對應(yīng)的就是第一扭轉(zhuǎn)周期Tt,

11、周期最長的平動振型對應(yīng)的就是第一平動周期T13）對照“結(jié)構(gòu)整體空間振動簡圖”,考察第一扭轉(zhuǎn)/平動周期是否引起整體振動，如果僅是局部振動，不是第一扭轉(zhuǎn)/平動周期。再考察下一個次長周期。4）考察第一平動周期的基底剪力比是否為最大5）計算TVT1,看是否超過0.9（0.85）周期比控制什么？如同位移比的控制一樣，周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對關(guān)系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置更有效、更合理，使結(jié)構(gòu)不致于出現(xiàn)過大（相對于側(cè)移）的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。一句話，周期比控制不是在要求結(jié)構(gòu)足夠結(jié)實，而是在要求結(jié)構(gòu)承載布局的合理性周期比不滿足要求，如何調(diào)整？一旦出現(xiàn)周期比不滿足要求的

12、情況，一般只能通過調(diào)整平面布置來改善這一狀況，這種改變一般是整體性的，局部的小調(diào)整往往收效共微。周期比不滿足要求說明結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度相對于側(cè)移剛度較小，總的調(diào)整原則是加強結(jié)構(gòu)外圈剛度,削弱結(jié)構(gòu)內(nèi)筒剛度。驗算周期比的目的，主要為控制結(jié)構(gòu)在罕遇大震下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。多塔結(jié)構(gòu)周期比：對于多塔樓結(jié)構(gòu)，不能直接按上面的方法驗算。如果上部沒有連接，應(yīng)該各個塔樓分別計算并分別驗算，如果上部有連接，驗算方法尚不清楚。體育場館、空曠結(jié)構(gòu)和特殊的工業(yè)建筑，沒有特殊要求的，一般不需要控制周期比。當(dāng)高層建筑樓層開洞口較復(fù)雜，或為錯層結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)往往會產(chǎn)生局部振動，此時應(yīng)選擇“強制剛性樓板假定”來計算結(jié)構(gòu)的周期比。以過濾局部

13、振動產(chǎn)生的周期。軸壓比解析概述軸壓比指柱（墻）的軸壓力設(shè)計值與柱（墻）的全截面面積和鯉土軸心抗壓強度設(shè)計值乘積之比值（進(jìn)一步理解為：柱（墻）的軸心壓力設(shè)計值與柱（墻）的軸心抗壓力設(shè)計值之比值）。它反映了柱（墻）的受壓情況，建筑抗震設(shè)計規(guī)范（50011-2010）中6.3.6和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（50010-2010）中11.4.16都對柱軸壓比規(guī)定了限制，限制柱軸壓比主要是為了控制柱的延性，因為軸壓比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破壞呈脆性。u=N/A*fc,U軸壓比，對非抗震地區(qū)，U二0.9N軸力設(shè)計值A(chǔ)截面面積fc混凝土抗壓強度設(shè)計值建筑抗震設(shè)計規(guī)范表6.3.6中的注釋第一條：可不

14、進(jìn)行地震作用計算的結(jié)構(gòu)，取無地震作用組合的軸力設(shè)計值。限制軸壓比主要是為了控制結(jié)構(gòu)的延性，規(guī)范對墻肢和柱均有相應(yīng)限值要求,見抗規(guī)6.3.7和6.4.6,在剪力墻的軸壓比計算中,軸力取重力荷載代表設(shè)計值，與柱子的不一樣，不需要考慮地震組合。取值抗震等級結(jié)構(gòu)體系一級二級三級四級框架結(jié)構(gòu)0.650.750.850.90框架一剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)0.750.850.900.95部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)0.60.7注：1. 軸壓比P指考慮地震作用組合的框架柱和框支柱軸向壓力設(shè)計值N與柱全截面面積A和混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc乘積之比值；對不進(jìn)行地震作用計算的結(jié)構(gòu)，取無地震作用組合的軸力設(shè)計值。2. 當(dāng)混凝土強度等級為C65C70時，軸壓比限值宜按表中數(shù)值減小0.05；混凝土強度等級為C75C80時，軸壓比限值宜按表中數(shù)值減小0.10o3. 剪跨比入不大于2的柱，其軸壓比限值應(yīng)按表中數(shù)值減小0.05；對剪跨比X小于1.5的柱，軸壓比限值應(yīng)專門研究并采取特殊構(gòu)造措施。4. 沿柱全高釆用井字復(fù)合箍，