高層建筑結構抗震設計中的電算

【摘要】隨著計算機技術的發展，建筑結構設計的計算程序也日益完善，從而使設計人員對電算的依賴程度也越來越重，而很多新人更是對電算只知其然而不知其所以然，這就會使得結構設計存在不合理的可能。本文將就多高層混凝土結構抗震方面的電算參數輸入和結果輸出進行一個簡單的歸納。

【關鍵詞】結構抗震；參數輸入；結果分析

1、抗震相關的參數輸入

以目下相對主流的計算程序SATWE和YJK為例，羅列一些容易被忽視的點，常規的一些參數這里不再探討。

（1）抗震等級的輸入：分為砼框架抗震等級、剪力墻抗震等級、鋼框架抗震等級、抗震構造措施的抗震等級，這個參數必須正確填寫，主要為按照規范做“強剪弱彎”、“強柱弱梁”的內力調整，已達到抗震中最重要的指標“延性”。這里要注意的是當建筑存在局部抗震等級不統一的情況時，需要在特殊構件定義中對相應位置的抗震等級進行單獨定義；抗震構造措施如有規范規定的如“《抗規》3.3.3條”時，此時應根據實際情況提高。

（2）按《抗規》6.1.3-3降低嵌固端以下抗震構造措施的抗震等級：本參數為實現抗規的要求而設置，《抗規》規定，地下室頂板作為上部結構嵌固端時，地下一層抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震構造措施的抗震等級可逐層降低一級，但不能小于四級。 這里重點說明下抗震措施的抗震等級，和抗震構造措施的抗震等級的區別。抗震措施一般可分為內力計算和抗震構造措施（即抗震措施包括抗震構造措施），內力計算則是平時采用程序進行的地震作用計算及強剪弱彎等的調整，這些都是需要通過數值計算來實現的，而抗震構造措施是不需要計算的，即平時的軸壓比控制和配筋率控制等。故此參數一般建議勾選。

（3）考慮偶然偏心、考慮雙向地震作用：這個參數存在的疑問是，經常有人不知道什么時候該點選哪項。根據《高規》12頁第3.3.3條“計算單向地震作用時應考慮偶然偏心的影響”而雙向地震作用則是根據《抗規》第26頁第5.1.1條3款（強條）：“質量和剛度分布明顯不對稱的結構，應計入雙向地震作用下的扭轉影響”，一般工程中認為在計算結果中位移比大于1.2時屬于明顯不對稱，此時應勾選，但新版PKPM說明中解釋到，軟件能夠自動在偶然偏心和雙向地震中取大值，因此在實際計算時，均勾選亦可。

（4）計算振型個數：理論中振型數應取為結構層數的3倍，主要考慮某些結構的高階振型對結構的影響。但實際計算中，規范規定在質量參與系數不小于90%時，則可認為振型數量合適，故一般工程中，滿足質量參與系數不小于90%的前提下，多層可按照層數取值，高層一般可取15或18個，從而提高計算效率。

（5）周期折減系數：《高規》4.3.17條中給出了各種結構形式的周期折減系數的取值范圍，但是具體到實際計算中應該取多少呢？這個參數主要為考慮結構中的填充墻對結構剛度的影響，在結構計算時，模型中只是建立了其中的梁、板、柱、墻，但實際情況下，結構中還會填入砌體填充墻，這些填充墻會增加結構的實際剛度，但模型中卻沒有考慮，因此實際周期會比計算周期小，因此軟件采用此折減系數來近似考慮非結構填充墻的影響。在這個理論基礎上就可以根據實際工程中填充墻的多少來確定此參數的取值了。

2、抗震相關的結果輸出

這部分主要談一談計算結果中與抗震相關的幾個數據，側重在控制和調整。這里首先要明確一個前提：驗算位移比需要考慮偶然偏心作用，驗算層間位移角則不需要考慮偶然偏心；驗算位移比應選擇強制剛性樓板假定，但當凸凹不規則或樓板局部不連續時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型，當平面不對稱時尚應計及扭轉影響。

（1）軸壓比：主要為控制結構的延性，根據不同的抗震等級，《高規》和《抗規》中對墻肢和柱均有相應限值要求。此項數據沒有太多的調整辦法，若不滿足增大截面或者提高混凝土強度等級即可。當工程限制條件比較苛刻的時候可根據規范注釋及條文說明適當放寬。

（2）剪重比：一個容易被忽視的數據。《抗規》5.2.5條規定了樓層最小地震剪力系數，目的就是為了控制樓層最小地震剪力，保證結構的安全。這個剪力系數就是電算結果中的剪重比，當有樓層的剪重比不滿足規范要求時，則需要改變結構布置或調整結構總剪力和各層的水平地震剪力使之滿足要求。現在的軟件是可以自動調整此項數據，但調整的辦法是乘以增大系數，并不會自動去調正結構布置，所以我們需要考慮我們的結構布置是否合理，若剪重比過小，說明底部剪力過小，此時應注意結構位移滿足要求，構件截面配筋為構造配筋的“安全”假象，要對構件截面尺寸、周期是否折減進行全面檢查，找出原因；剪重比過大，說明底部剪力過大，應檢查輸入信息，是否有誤，或剪力墻數量過多，結構太剛。

（3）周期和周期比：周期的大小與結構在地震中的反應有密切關系。通過分析周期的大小是否在經驗公式的范圍內，可判斷出結構的剛度是否合適。如果有異常，需要檢查結構截面尺寸、布置和輸入數據。尤其需要注意的是結構自振周期應與場地土的卓越周期錯開，避免共振造成災害。至于周期比需要注意的是此項數據多層建筑是不需要考慮的，僅需滿足《抗規》避免第一周期扭轉即可，在高層建筑中當周期比超限時，一般主要是結構抗扭剛度不足，需調整結構方案加大抗扭剛度。

（4）層間位移角和位移比：位移角是用來限制結構的水平位移，確保結構具備足夠的剛度，避免產生過大的位移。當位移角不滿足時可以從豎向構件及梁截面、中梁剛度放大系數、周期折減系數、連梁剛度折減系數等方面進行調整。位移比則是用來限制結構的扭轉效應的，《高規》3.4.5條文說明中有位移比限值可達1.6的條件，這一點大家可以加以利用。

結語：

結構工程師應在保證計算參數輸入正確、合理的前提下，從結構整體和局部兩個方面在建筑結構設計按上述內容進行分析、判斷，使施工圖設計達到最優的設計效果。

參考文獻：

[1]建筑抗震設計[M].中國建筑工業出版社，2016.

[2]高層箭鏃混凝土結構技術規程[M].中國建筑工業出版社，2010.

[3]張維斌.多層及高層鋼筋混凝土結構設計釋疑及工程實例[M].中國建筑工業出版社，2005.

作者簡介：

邳磊，華東建筑設計研究院有限公司大連分公司，遼寧大連。