高层建筑结构的变形评价指标，结构设计人员要知道！

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01

层间位移角

图1.1  弯曲形结构的层间变形

式1.1

层间位移角由式1.1定义，式1.1始于剪切形多层框架结构，尽管它不能准确反映弯曲形和弯剪型结构的竖向构件变形与受力情况，但由于表达形式简单，能达到宏观控制变形的目的，我国现行规范和大多数国家均沿用这一参数。

02

有害层间位移角

式2.1

有害层间位移角由式2.1定义，式2.1仅适用弯曲形的剪力墙结构，对结构的每层楼盖转动采用普通梁的平截面假定。

03

区格的广义剪切变形

图3.1  弯剪型结构的剪切变形

式3.1

区格的广义剪切变形由式3.1定义，计算和试验表明，超高层建筑在侧向荷载作用下的变形均呈弯剪形，且同层楼盖各节点的竖向位移起伏不一，不能满足平截面假定，从而使各区格产生不同的剪切变形，如图3.1所示。

04

区格的广义剪切变形与层间位移角的关系

(a) 低层框架结构

(a) 高层框架结构

(c) 高层框架核心筒结构

图4.1  区格的广义剪切变形与层间位移角的关系

框架结构的变形由整体弯曲变形（柱的拉压）和剪切变形（梁和柱的双弯曲）构成。低层框架结构，整体弯曲变形占层间变形比例较小，梁柱区格的剪切变形约等于层间位移角；高层框架结构，整体弯曲变形占层间变形比例较大，梁柱区格的剪切变形明显小于层间位移角；高层框架核心筒结构由于核心筒的截面高度较长，刚域的作用较大，从而使核心筒与框架柱之间楼面梁区格的剪切变形大于层间位移角（参见图5.2）。

05

弦杆转角

图5.1  弦杆转角

式5.1.1

式5.1.2

图5.2  考虑节点刚域的弦杆转角

CRn=CR×L/Ln

式5.2

弦杆转角由式5.1定义，弦杆转角扣除了两端节点引起的刚体转动，可以准确地反映水平构件和竖向构件的变形和受力情况，并可以考虑节点刚域的影响，如剪力墙之间连梁区格的剪切变形，核心筒与框架柱之间楼面梁区格的剪切变形。

06

弦杆转角与层间位移角的关系

图6.1  框架结构的变形解构

图6.2  剪力墙结构的变形解构

式6.1

框架结构的层间位移角由整体弯曲产生的刚体转动、梁和柱的弦杆转角、节点域的剪切变形组成，如图6.1所示。剪力墙结构，由于剪力墙的截面高度较长，刚域的作用较大，从而使连梁区格的剪切变形（连梁的弦杆转角）大于层间位移角，见式6.1。

07

基于弦杆转角的构件性能评价方法

(a) 试验模型

(b)  塑性铰模型

(c)  构件的滞回曲线

(d)  验收准则(ASCE/SEI 41-06)

图6.1  基于弦杆转角的构件性能评价方法

构件往复加载试验(图6.1a)力和变形的关系，可以很方便地用弦杆转角进行描述(图6.1c)，与此同时，弦杆转角也可以很容易用集中塑性铰进行模拟(图6.1b)，弦杆转角架起了模型试验和模型仿真之间的桥梁。我们可以根据试验得到的弦杆转角大小对构件划分性能验收准则，并把本构关系输入到分析模型进行整体结构分析，依据计算出的弦杆转角数值对构件的性能进行评价。美国和欧洲均是以弦杆转角作为结构和构件的性能评价指标，并制定了相应的结构和构件性能评价标准，例如FEMA356，ASCE41等，如图6.1(d)所示。

参考文献

1、徐培福-复杂高层建筑结构设计

2、MICHAELN.FARDIS-Seismic Design, Assessment and Retrofitting of Concrete Buildings

3、Timothy WHITE-ESTIMATING ROTATIONAL DEMANDS IN HIGH-RISE CONCRETE WALL BUILDINGS

4、CTBUH-Recommendations for the Seismic Design of High-rise Buildings

5、ATC-Modeling and Acceptance Criteria for Seismic Design and Analysis of Tall Buildings

6、ASCE/SEI 41-06