高层结构整体控制参数的关联性及刚度控制

结构整体控制是高层结构抗震设计的重要环节，各控制参数与结构抗侧力构件的刚度都有着直接的或间接的关系，因此也就不可避免地相互关联。认识各控制参数之间的关联性，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加经济合理。本文就此抛砖引玉，和大家共同探讨这一课题。
结构整体控制的过程，也就是对结构的刚度控制、调整的过程。控制参数中，位移比和周期比不仅与结构的刚度有关，也与结构的刚度分布情况有关。这两个参数反映了结构的扭转性能，是结构整体控制的难点，也是结构整体控制的入手之处。
位移比&周期比：由于位移比是在“全楼刚性楼板”的假定下计算的，这时的每层楼板都是刚体，因为考虑偶然偏心，在水平地震力的作用下即使是规则对称的结构也不可能是纯粹的平动，其最大层间位移一定是发生在楼层四角部位的某处。所以一般情况下位移比是由结构四角部位的层间位移决定的。因此调整结构外围抗侧力构件的刚度是控制位移比的最为有效的方法。周期比的控制在于结构具备足够的抗扭转刚度，而结构外围抗侧力构件对结构的抗扭转刚度贡献最大。因此调整结构外围抗侧力构件刚度以控制位移比时，必然对周期比产生较大影响。考虑到对周期比的影响，可根据周期比的大小采用相应的方法调整位移比。当周期比大于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法。当周期比小于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对周期比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。
周期比&剪重比：分析反应谱曲线（地震影响系数曲线）可以发现，当结构的自振周期超过特征周期后，地震影响系数呈减小趋势，并且在自振周期较小的情况下，减小的较快。也就是说，结构的周期越大，地震的作用越小；结构的周期越小，地震的作用越大。利用这个规律，当结构某主轴方向的剪重比不满足规范要求时，可通过加强该主轴方向的刚度来减小结构的自振周期，以增大结构的地震作用，进而增大剪重比。还可以根据反应谱曲线将结构的自振周期控制在适当的范围内，以获得更大的地震作用。同样，在调整周期比时，也应根据剪重比的大小区别对待。当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法。当某主轴方向的剪重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。
位移比&剪重比：如前面所述，位移比的调整将影响到结构的自振周期，进而对结构的地震作用产生影响，使结构的剪重比发生变化。因此调整位移比时应注意，当某主轴方向的剪重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向剪重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对剪重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。
位移比&刚重比：分析刚重比的定义可以发现，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系。即在结构的质量基本保持不变的情况下，结构的侧移刚度越大，刚重比越大；结构的侧移刚度越小，刚重比越小。如前面所述，位移比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整位移比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对刚重比的调整也可能影响位移比。特别是当某主轴方向的位移比接近规范限值时，此时对刚度的调整应以结构的质心为中心尽量对称。
周期比&刚重比：如前面所述，刚重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移刚度的变化，从而影响到刚重比。因此调整周期比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。特别是当结构的周期比接近规范限值时，应采用加强结构外围刚度的方法。
周期比&刚度比：结构的侧移刚度按计算方法的不同分为三种，适用于底部一层为转换层的剪切刚度；适用于底部二层及二层以上为转换层的剪弯刚度；适用于大多数结构的楼层剪力与层间位移之比（规范算法）。这三种刚度虽然定义不同，但都反映了结构的侧移性能。特别是适用于大多数结构的规范算法，是结构位移、周期等参数计算的基础。结构楼层刚度比的调整将改变部分相关楼层的刚度，从而影响结构的自振周期。为了不致对周期比产生影响，特别是当周期比接近规范限值时，在调整楼层刚度比时，应注意不要削弱结构的抗扭转刚度。同样，对周期比的调整也可能对某些竖向不规则的结构（如带转换层的结构）的刚度比产生影响。由于竖向抗侧力构件不连续，调整时一定要注意使转换层上下刚度相宜。
位移比&刚度比：如前面所述，结构楼层刚度比的调整将改变部分相关楼层的刚度，从而影响结构的位移。为了不致对位移比产生影响，特别是当位移比接近规范限值时，在调整楼层刚度比时，应注意要以结构的质心为中心对称调整。同样，对位移比的调整也可能对某些竖向不规则的结构（如带转换层的结构）的刚度比产生影响。由于竖向抗侧力构件不连续，调整时一定要注意使转换层上下刚度相宜。