结构概念性设计借助SATWE软件计算时的体现

结构概念性设计借助SATWE软件计算时的体现
―――――一个初次进行高层结构设计后的设计人员的感悟
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002 以下简称高规）中对高层混凝土结构设计时控制的六个重要比值分类如下：1.控制扭转类：位移比、周期比；2.防止竖向刚度突变产生薄弱层的：刚度比；3.控制结构的稳定性防止结构滑移和倾覆的：刚重比；4. 控制结构的侧向刚度以提高结构安全储备的：剪重比；5.保证结构物的延性设计的：轴压比。
当你明白了《高规》的这些规定的物理概念意义或者称为结构概念性设计要求时，在进行调整时就不会漫无目标的调整，而会通过合理的调整产生事半功倍的效果。从而减少模型调整的次数。作结构设计有时间为了赶活实在很累，对于我这种懒人只有在这方面节省时间以赶出图计划。哈哈！！
也可以这样来想：在建筑初步布置确定后，首先进行的是结构抗侧构件的初步布置，所以首先控制抗侧构件的平面布置合理性，位移比、周期比及刚度比是控制构件平面布置的三个主要参数，在平面布置满足要求后，竖向刚度比的控制成了第二步的重点，其后进行轴压比、剪重比的控制是保证结构的延性及抗震安全性；这三步是相互关联的，要得到更合理的结构布置，就需要对这三步按顺序地不断调试，在现在的计算机辅助设计中是可行的并且可以高效做到的。
好了，上面罗嗦了很多，以下再分述《高规》中规定的六个比值各自的意义，以避免有人对以上的分析产生疑义：
1.位移比：
主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。见《抗规》3.4.2及《高规》4.3.5,在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高级建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规范第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.4倍。
2.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，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9 , B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。
首先要明确什么是扭转为主及平动为主的第一自振周期；主振型：对于某个特定的地震作用引起的结构反应而言，一般每个参与振型都有着一定的贡献，贡献最大的振型就是主振型，贡献指标的确定一般有两个，一是基底剪力的贡献大小，二是应变能的贡献大小。一般而言，基底剪力的贡献大小比较直观，容易被我们接受。主振型所对应的周期就是第一自振周期；其次结构周期比大于规范要求的时候，结构在平扭耦合作用下会出现严重的动力放大效应，结构相对扭转效应会被大大放大。
位移比及周期比的核心是抗侧构件的平面位置布置，原则是：最少的抗侧构件达到最有效的抗扭效果；抗侧构件在建筑平面布置时所提供的抗扭力最大，所以位移比不满足时，平面周边的抗侧构件是重点考虑对象。
3. 刚重比：
主要为控制结构的稳定性，以免结构产生滑移和倾覆，要求见《高规》5.4.4，研究表明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力作用下产生整体失稳的可能性是很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应(重力P—△效应)不致过大，以致引起结构的失稳倒塌。结构的刚度和重力荷载之比(刚重比)是影响重力P—△效应的主要参数。如结构的刚重比满足高规5.4.4-1或5.4.4-2的规定。则重力P—△效应控制在10%之内，结构的稳定具有适宜安全储备。若机构的刚重比进一步减小，则P—△效应将会呈非线性关系几何增长，直至引起结构的的整体失稳。在水平力作用下，高层建筑结构的稳定应满足本条的规定，不应再放松要求，如不满足本条的规定，应调整并增大结构的侧向刚度。
4.刚度比：
主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，见《抗规》3.4.2。对非转换层上下的抗侧构件的竖向刚度宜满足《高规》4.4.2的相关规定并应满足4.4.3的规定，当不满足4.4.2时，应采取5.1.14的有效抗震措施；对转换层上下侧向刚度应满足《高规》附录E的规定。
5. 轴压比：
考虑地震作用组合的轴向力设计值与受压构件全截面面积和混凝土轴向抗压强度设计值乘积的比值。控制钢筋混凝土竖向构件轴压比对于抗震结构来说是极其重要的，轴压比的高低直接体现构件延性的优劣，轴压比较小的延性较好，反之延性较差。由于地震作用的反复性及突发性，因此地震作用效应组合下的竖向构件轴压比必须满足轴压比限值的要求，以保证结构构件有足够的延性；而风荷载效应组合下的竖向构件轴压比则可略放松；此外，实际的高层建筑结构工作状态十分复杂，尽管在结构计算软件技术不断发展，计算精度不断提高，但所计算的结构内力与实际的结构内力不可避免地存在一定差距，竖向构件轴压比限值的控制有利于弥补此差异带来的结构隐患，有利于保证结构安全工作。
6. 剪重比：
主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见《抗规》5.2.5及《高规》3.3.13。对于6度或不抗震没有要求，规范规定最小剪重比主要是对于长周期结构，规范所采用的振型分解反应谱法无法做出正确的计算，所以出于结构安全考虑，规定最小剪重比。抗风计算不存在剪重比，风载不同于地震作用，它是直接作用在建筑物的，而且可较准确测定(定值)；剪重比、剪压比是一个概念，是指水平作用与竖向作用的比值。如果计算的结果不满足最小值的限定，计算肯定是存在明显的错误，如输入有误、设置有误，模型不合理，甚至于结构不合理，希望慎重，调整侧向刚度以满足该条要求。


总之，《高规》中规定的六个比值主要是有主次的控制这六个主要的参数，使高层的结构布置更加合理、高效、经济，达到更好的效果。
这点感悟总结是作者根据自己的初次进行高层混凝土结构设计时的学习体会，谈不上是什么经验。较系统的谈了对高层建筑设计中常用的一些设计控制参数的含义与调整等方面的偏执偏见，希望本文能对一般设计人员有所参考，通过这个网络论坛平台与各位大侠交流，以谋共同提高我们的结构设计水平。不当之处，敬请斧正。