结构计算的几点探讨

结构计算参数的几点探讨
结构计算是结构设计的重要组成部分，目前结构设计计算采用的主要是“PK－PM”系列软件，认真分析软件的适用条件和设计参数对设计人员正确判断计算结果十分必要。以下是笔者在工作及学习中的部分认识和总结，在此与各位同仁探讨，旨在抛砖引玉，不妥之处，敬请指正。
1、高层建筑结构设计应控制的主要参数
结构分析采用“SATWE”软件作基本计算，并以其计算结果作为主要控制指标；对平面凹凸不规则的结构同时采用“PMSAP”软件作补充计算，并且对连接薄弱部分的楼板采用符合楼板平面内实际刚度的弹性楼板计算模型；对竖向存在薄弱层的结构根据规范要求作进一步补充计算。
A、高层建筑需控制的主要参数有：位移比、周期比、刚度比、刚重比、楼层抗剪承载力比、最大层间位移角、轴压比、剪重比；对框架－剪力墙结构还应控制框架部分承受的地震倾覆弯距百分比。
B、结构主要控制参数的计算假定：除位移比、最大层间位移角计算时总信息参数有特殊要求外，其余计算总信息参数同结构内力分析。
 位移比：采用全楼强制刚性楼板假定，考虑偶然偏心影响的地震作用。
 最大层间位移角：不采用强制刚性楼板假定，不考虑偶然偏心影响。
 轴压比、剪重比、周期比、刚重比、楼层抗剪承载力比、刚度比：不采用强制刚性楼板假定。
C、各项控制参数的判定：
1）：位移比：此时应采用全楼强制刚性楼板假定，并考虑偶然偏心影响，不考虑双向地震力作用，其余参数同结构内力分析，位移比应满足《高规》4.3.5条。
2） ：最大层间位移角：不采用全楼强制刚性楼板假定，不考虑偶然偏心影响，其余参数同结 构内力分析，其限值应满足《高规》4.6.3条。
3） ：剪重比：由于地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期较长、刚度较弱的结构， 计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小。控制剪重比，是要求结构能承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。《高规》及《抗规》对抗震设防烈度6度的建筑未规定楼层最小地震剪力系数值，且程序（“SATWE”软件）在6度设防无此调整功能，故6度设防可不控制此参数。（资料显示，6度设防剪重比一般宜控制为0.008～0.01；若结构的剪重比太小，应首先检查结构刚度是否太弱，其次才考虑调整地震力。软件此项开关对6度设防计算不起作用，可采用地震作用放大系数进行调整。目前软件的地震作用放大系数是对全楼进行放大，还不能单独选择楼层控制。是否控制剪重比应由设计人员根据具体情况确定）
4）：刚重比：结构整体稳定验算结果，应满足《高规》5.4.4条；当不满足《高规》5.4.1条时应考虑P－Δ效应。
5） ：刚度比：楼层侧向刚度比应满足《高规》4.4.2条要求，否则为抗侧刚度薄弱层，地震剪力放大1.15。
 刚度比计算方法：
①抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%（高规4.4.2条）；对应电算中层刚度采用“地震剪力与地震层间位移比”法计算。
 对于存在转换的结构，还应根据高规附录E的要求计算转换层上、下结构的侧向刚度。
②当转换层位于第一层时，层刚度比采用“剪切刚度”法计算；转换层上、下层结构的等效剪切刚度宜接近1，不应大于2。若不满足，则应调整转换层下层抗侧力构件，增加其抗侧刚度。
③当转换层位于二层及二层以上时，层刚度比采用“剪弯刚度”法计算；转换层上部与下部结构的等效侧向刚度宜接近1，不应大于1.3。若不满足，则应调整转换层下部结构抗侧力构件，增加其抗侧刚度。
④当转换层位于第一、二层时，除满足②③条要求外，同时转换层下层与上层楼层侧向刚度之比不应小于0.5（层刚度采用“地震剪力与地震层间位移比”法计算），反映的是转换层上、下层之间的侧向刚度关系。二者定义和算法不同，需同时满足。
⑤对于转换层位于三层及三层以上时，除满足②③条要求外，同时其转换层下层与上层楼层侧向刚度之比不应小于0.6。（层刚度采用“地震剪力与地震层间位移比”法计算）
6） ：楼层抗剪承载力比：楼层层间抗侧力结构受剪承载力比应满足《高规》4.4.3条要求，否则为结构承载力薄弱层，总信息输入中强制指定该层为薄弱层。
7） ：周期比：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应满足《高规》4.3.5条，否则应调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。
8）：轴压比：
 框架柱轴压比根据所属结构体系及抗震等级控制。
从计算结果看，当框架柱轴压比接近规范限值时，框架柱纵筋配筋率往往较大，故框架柱轴压比控制宜比规范限值适当降低，以框架柱纵筋配筋不过大为原则。
 底部加强区剪力墙轴压比（名义轴压比）：
此时轴力设计值不考虑地震作用及风荷载组合，程序按1.2倍重力荷载代表值计算。《高规》仅对抗震等级为一级、二级的剪力墙底部加强部位给出了轴压比现值要求；抗震等级为三级的剪力墙底部加强部位，规范未规定轴压比限值，建议轴压比不宜过大，否则剪力墙配筋较大，以不大于0.75为宜，无翼缘一字墙轴压比宜≤0.65。
9）：框架柱地震倾覆弯距百分比：对框架－剪力墙结构，需判别框架部分承受的地震倾覆弯距是否满足规范要求。
D、施工图审查资料
施工图审查电算资料，除各种计算简图外，文本文件应根据所控制的参数分别提供；并且应有结构计算结果分析（主要为上述控制参数的分析）及结论。
2、6度设防高度≤80m的框支剪力墙结构
《高规》第4.8.2条表4.8.2中：A级高度、6度设防的框支剪力墙结构抗震等级：
高度（m） 非底部加强部位剪力墙 底部加强部位剪力墙 框支框架
≤80 四 三 二
＞80 三 二 二
 《高规》第7.2.15条“一、二级抗震设计的剪力墙底部加强部位及其上一层的墙肢端部应按本规程第7.2.16条的要求设置约束边缘构件”； 《高规》第7.2.16条给出了一、二级抗震等级约束边缘构件的要求。
 《高规》第10.2.16条“框支剪力墙结构剪力墙底部加强部位，墙体两端宜设置翼墙或端柱，抗震设计时尚应按本规程第7.2.16条的要求设置约束边缘构件”。
《高规》第10.2.16条应理解为：框支剪力墙结构，剪力墙底部加强部位无论抗震等级为几级，均应设置约束边缘构件；《高规》仅给出了一、二级抗震等级约束边缘构件的构造要求。当框支剪力墙结构高度≤80m时，其底部加强部位剪力墙的抗震等级为三级，如何设置约束边缘构件，《高规》尚未明确。可参考由程懋堃主编的《高层建筑结构构造资料集》第143页表14.5.3，该表给出了抗震等级为三级的约束边缘构件的构造要求。
3、结构电算剪力墙底部加强部位的确定
《高规》及《抗规》对剪力墙的底部加强部位不仅要求加强抗震构造措施，同时还需进行内力调整，故剪力墙的底部加强部位确定的是否正确，就关系到其设计内力是否正确，结构电算应根据工程的具体情况分别对待。
“SATWE”软件在计算剪力墙的底部加强区高度时，不管是否有地下室，总是从±0.000开始计算，并在总信息中给出“剪力墙加强区起算层号”控制开关，用以确定地下室部分是否为剪力墙的底部加强部位。
1）：当无地下室且无吊层时，“剪力墙加强区起算层号”填1，结构计算可一次完成。
2）：当有地下室时，设计人员可用“剪力墙加强区起算层号”指定地下室的剪力墙是否计入底部加强区。
 当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，按照《抗规》第6.1.3-3条的规定，地下一层的抗震等级应按上部结构采用；《抗规》第6.1.10条条文说明规定，剪力墙的底部加强部位的高度从首层向上算，同时将加强部位向地下室延伸一层。
 若某工程有地下室，且地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，电算将“剪力墙加强区起算层号”填为地下一层对应的结构楼层号，此时地下一层的地下室剪力墙按照底部加强区设计。
 “剪力墙的底部加强部位”是指主体结构（高层部分）而言，地下室内除主体结构的剪力墙外，还有其它主体结构以外的剪力墙（例：地下室侧墙），此部分剪力墙不属于加强范围。故结构计算宜分两次进行：①将“剪力墙加强区起算层号”填为地下一层对应的结构楼层号，控制上部结构及地下一层主体结构部分剪力墙配筋；②将“剪力墙加强区起算层号”填为首层对应的结构楼层号，控制地下一层主体结构以外的剪力墙配筋。
3）：当无地下室但有吊层时，剪力墙底部加强区高度从平层起算并应包括吊层部分；结构计算分两次进行：①“剪力墙加强区起算层号”为吊层底（结构一层），控制吊层部分剪力墙配筋；②“剪力墙加强区起算层号”为平层对应的结构楼层号，控制平层以上部分加强区剪力墙配筋。