建筑结构设计问题集锦[四]:高层结构分析结果判断的一些概念

结构设计规范一般都要求对结构分析的结果做判断，一方面是基于计算模型的检查，保证计算结果的正确合理性；另一方面是对规范要求的结构设计控制指标做概念性判断。以下这些内容整理于网络，希望大家一起分享自己的经验。

1、结构振型数据（自振周期）
对于比较正常的工程设计，其不考虑折减的计算自振周期大概在下列范围内：
框架结构：T1=(0.08~0.1)n
框架—剪力墙结构和框架—筒体结构：T1=(0.06~0.08)n
剪力墙结构和筒中结构：T1=(0.04~0.05)n
式中，n为建筑物层数。
第二及第三振型的周期近似为：如果计算结果偏离上述数值太远，应考虑工程中截面是否太大、太小，剪力墙数量是否合理，应适当予以调整。反之，如果截面尺寸、结构布置都正常，无特殊情况而偏离太远，则应检查输入数据是否有错误。
以上的判断是根据平移振动振型分解方法来提出的。考虑扭转耦连振动时，情况复杂得多。首先应挑出与平移振动对应的振型来进行上述比较。至于扭转周期的合理数值，由于经验不多，尚难提出合理的周期数值。

结构的计算振型个数，振型个数一般可以取各个计算方向上振型参与质量达到90%所需的振型数。

最后控制结构的扭转刚度，即周期比（主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响）。

2、振型曲线和空间振型
在正常的计算下，对于刚度和质量比较均匀的结构，简化成单线的振型曲线应是比较连续光滑的曲线，不应有大进大出，大的凹凸曲折。第一振型无零点；第二振型在（0.7-0.8）H处有一个零点；第三振型分别在（0.4-0.5）H及（0.8-0.9）H处有两个零点。

除了查看简化的振型曲线外，对于复杂的结构尚应查看空间振型图，以清晰的了解空间振型的形式，比如了解出现扭转和平动耦合的具体情况，比如局部振型的情形，比如可能出现的模型错误之处等。

3、地震力
根据目前许多工程的计算结果，截面尺寸、结构布置都比较正常的结构，其底部剪力大约在下述范围内：
8度，II类场地土：Fek=(0.03~0.06)G
7度，II类场地土；Fek=(0.015~0.03)G
式中， 为底部地震剪力标准值；G为结构总重量。
层数多、刚度小时，偏于较小值；层数少、刚度大时，偏于较大值，当其它烈度和场地类型时，相应调整此数值。当计算的底部剪力小于上述数值（HiStruct注，要保证满足规范最小剪重比限值）时，宜适当加大截面、提高刚度，适当增大地震力以保证安全；反之，地震力过大，宜适当降低刚度以求得合适的经济技术指标。

4、水平位移特征
水平位移满足《高层规程》的要求，是合理设计的必要条件之一，但不是充分条件。即是说：合理的设计，水平位移应满足限值；但是水平位移限值满足，还不一定是合理的结构，还要考虑周期，地震力大小等综合条件。
因为，抗震设计时，地震力大小与刚度直接相关，当刚度小，结构并不合理时，由于地震力也小，所以位移也有可能在限值范围内，此时并不能认为结构合理，因为它的周期长、地震力太小，并不安全。《高层规程》位移限值放松较多，较容易满足，所以还应综合其它因素（HiStruct注，较高的高层(比如>150m)一般风位移起很大作用，风作用下结构的特征与地震力有很大不同，对结构设计上的要求也不一样）。结构的刚度尚应满足稳定性要求，即刚重比控制。
剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征，位移越往上增大越快，成外弯形曲线。框架结构具有剪切梁的特点，越向上增长越慢，成内收形曲线。框架—剪力墙结构和框架—筒体结构处于两者之间，为反S形曲线，接近于一直线。在刚度较均匀情况下，位移曲线应连续光滑，无突然凹凸变化和折点。

5、内外力平衡
为防止计算过程中的偶然因素，必要时可检查底层的平衡条件： 为底层柱、墙在单组重力荷载下轴力，其和应等于总重量G。校核时，不应考虑分层加载。 为风荷载作用下的底层墙柱剪力，求和时应注意局部坐标与整体坐标的方向不同， 为全部风力值。注意不要考虑剪力调整和施工过程影响。对地震作用不能校核平衡条件，因为各振型采用SRSS法或CQC法进行内力组合后，不再等于总地震作用力。

6、对称性
对称结构在对称外力作用下，对称点的内力与位移必须对称。如有反常现象应检查输入数据是否正确。

7、渐变性
竖向刚度、质量变化较均匀的结构，在较均匀变化的外力作用下，其内力、位移等计算结果自上而下也均匀变化，不应有大正大负、大出大进等突变。（HiStruct注，设计规范一般限制刚度，质量和承载力的突变，但是仍然要保证变形的基本均匀性）

8、合理性
设计较正常的结构，一般而言不应有太多的超限截面，基本上应符合以下规律：
1)柱、墙的轴力设计值绝大部分为压力（HiStruct注，当顶部竖向力小，水平力大的情况除外，但是此时要满足规范“注”的要求）；
2)柱、墙大部为构造配筋（HiStruct注，一般底部小偏压控制，上部转为大偏压控制）；

3)梁基本上无超筋（HiStruct注，强柱弱梁在实际中难实现，需要在设计阶段有更多考虑，在适当考虑楼板时，满足饶度和裂缝的使用要求）；
4)除个别墙段外，剪力墙符合截面抗剪要求。
5)梁截面抗剪不满足要求、抗扭超限截面不多