浅谈高层结构设计需要控制的重要指标及调整方法

【摘要】在高层结构设计需要综合考虑的指标有很多，其中较为重要的有轴压比、位移比、剪重比、刚重比、刚度比、层间受剪承载力比等，这些指标都是有一定的标准和规范的。在不同的荷载条件下，如风荷载、地震影响，受力情况有所区别，变形能力也各不相同，如果达不到标准，就需要运用各种方式进行调整。高层设计结构的合理性也在这些指标数据下，充分的体现出来[1]。

【关键词】高层；结构设计；指标；控制；调整

中图分类号：[TU208.3]文献标识码： A 文章编号：

前言

随着我国人民生活水平提高，对住房的要求也有所升高；人口增长十分迅猛以及房地产的蓬勃发展等原因，促使土地资源越来越紧张，最大限度的利用有限的土地资源成为当今房地产及社会各界人士共同关注的重大社会性课题。因此，高层建筑越来越多，高层结构设计的内容、数量、质量也随之水涨船高。在高层结构设计的过程中要充分考虑各项重要指标，以达到设计的合理性、科学性，国家已经为此建立了相关法规，如《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，对其中的参数值都有明确的规定[2]。

1.各项重要指标

1.1轴压比

高层建筑物的性质决定了在结构设计上必须考虑抗震能力，轴压比即是影响其重要原因之一。轴压比值的计算公式为：轴压比=柱或墙的轴压力/（柱或墙截面面积×混凝土轴心抗压强度设计值），为了达到柱墙具有较好的耗能性及延性的目的，一般会对轴压比进行控制，该情况在《建筑抗震设计规范》中的6.3.6 和 6.4.5-1及《高层建筑混凝土结构技术规程》中的 6.4.2 和 7.2.13 均有体现。

1.2位移比

高层建筑的许多性能，如对称程度、规则性、水平抗力构件的分布情况，都可以从结构质心与刚心的位置上表现出来，如果偏心程度过大会导致建筑结构发生较为明显的扭曲效应。能够准确表现出建筑的规则性的指标则是位移比（层间位移比），其表现公式为：楼层垂直结构的水平位移峰值/水平位移平均值[3]。

1.3剪重比

《高层建筑混凝土结构技术规程》中4.3.12及《建筑抗震设计规范》中5.2.5都有关于剪重比的规范。一般高层建筑的使用周期较长，应在长远上考虑其结构的安全性，因此在各个楼层的横向地震力上做出最低标准的要求，若果计算发现存在横向地震剪力不达标的情况，应使用各种方式进行提高，确保建筑物的安全。

1.4 刚度比

高层建筑整个结构的垂直向对称性、形状的规则性等各种情况，在刚度比上可以直接体现出来，其公式表示为：楼层剪力/层间位移。该数值的计算方法在《建筑抗震设计规范》中有明确的说明，即剪弯刚度、楼层剪切刚度及楼层平均剪力与间层平均位移值的楼层刚度。评判嵌固端是否可以选择地下室、该楼层是否属于薄弱层、转换层刚度是否达标，均依照以以上三种方法计算出的数值为参考数据。

1.5刚重比

《高层建筑混凝土结构技术规程》中的5.4.1和5.4.4对于刚重的各项规定均有说明，其的目的是为了保证高层结构的稳定，防止高层结构在强外力的作用下整体出现不稳定的状态，如飓风、地震的影响。若其数值不达标，则是因为其对外力作用的抵抗力较弱，应适当提高垂直向构件的刚度，如混凝土柱、墙等，合理调整结构的布局。若超过标准范围，则表示该高层结构经济技术指标不理想，需通过各种方式缩小柱墙等垂直向构建的截面面积[4]。

1.6层间受剪承载力比

高层建筑薄弱层的形成一般与楼层纵向受剪承载力及纵向空间形状的不规则程度有关，即为层间受剪承载力，《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.3及《建筑抗震设计规范》的3.4.2中均有规定，改进措施应以《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.8作为参考，将对应楼层地震作用标准值的剪力乘以1.25的增大系数。

2.调整方法

2.1限制轴压比

轴压比不达到标准，则高层建筑的延性无法保证，对已抗震能力是很大的影响，安全性无法保证，为了加强柱墙的耗能性及延性，保障高层建筑具有很强的抗震能力，可以通过限制轴压比的方式来实现，具体措施也有很多。如提高混凝土强度等、增加受力柱、墙体的截面面积等，都是较为有效的手段。但是由于混凝土的特殊物理性质，强度过大极易出现缝隙，在调整时应注意。

2.2调整位移比

位移比是反映结构平面布置规则程度的重要参数。一个优秀的高层结构应尽量减少扭转的影响。在偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层最大水平位移和层间位移与它们的平均值比值如果太大，则应该对结构平面进行修改，比如：让楼层刚心与质心的位置尽量靠近；增大梁截面高度，增大竖向构件的刚度；或者反向设计，减小建筑中部的框架梁截面和竖向构件刚度。在这些因素上进行控制，可以有效减小位移比。

2.3剪重比不足

在剪重比不足的情况下，主要调整方式有两种即程序调整和人工调整。在程序调整上，在SATWE的生成数据中的“分析与设计参数补充定义”下的 “调整信息”中选择“按抗震规范 5.2.5 调整各楼层地震内力”，其自行将该楼层的地震剪力系数乘以该楼层与重力平均值的和，达到调整剪重比的目的。人工调整相较程序调整，情况稍显复杂，可分为三种：①地震剪力小、侧移角大 这种情况属于高层架构刚度小，应增加受力柱及墙的截面面积；②地震剪力大、侧移角小 这属于高层结构刚度过大，应缩小受力柱及墙的界面面积，适当降低刚度；③地震剪力小、侧移角合适 可直接在SATWE的下拉选项“调整信息”里的“全楼地震作用放大系数”中键入设计数值，增加地震作用，注意，键入系数需大于1[5]。

2.4刚度比不足

影响楼层的刚度比的因素很多，如楼层高度变化大、纵向组成部件连续性低等，导致楼层薄弱层的出现，可以再结构的布局及建筑材料选择上进行调整，杜绝薄弱层的出现。或将地震剪力乘以放大系数，提高系数及抗震延性，巩固薄弱部分。

2.5控制刚重比

刚重比在高层结构设计中应保持适中，过大或过小都会给建筑结构带来不同程度的影响。调整刚重比的总体原则是保持中庸状态，保证建筑的抗震力的同时，兼顾经济技术指标。刚度比过大时，可适量缩减受力柱墙的截面面积；若过小，则应加强受力柱、墙等纵向组成部件的刚度及抗震力，使刚重比达标[6]。

2.6保持层间受剪承载力

层间受剪承载力在不达标的情况下可以运用一下两种方法调整：①程序调整 同样在SATWE的生成数据中的“分析与设计参数补充定义”下的 “调整信息”中“薄弱层调整”中填写薄弱层的楼层号数，将其地震剪力乘以1.25倍，达到要求；②人工调整 运用合理办法加强层间受剪承载力的大小，如在层高较高的楼层加大混凝土截面或者使用高强度的混凝土；减小层高矮的楼层的墙柱截面等方法，尽可能保证层间受剪承载力比值的均匀变化。

3.总结

随着房地产的蓬勃发展，高层建筑越来越多，布局要求精致、结构日趋复杂、综合功能也越来越全面，对于高层结构结构设计的挑战也越来越多。这也要求高层建筑设计者具有较强的综合能力，能够全方位的分析建筑受力情况，以及精确额计算，对于结构设计中出现的各种问题，能够及时科学的解决，如轴压比不合格、剪力比不达标、控制建筑的高宽比例等，不仅要在数据上达到国家标准，还要考虑施工成本及工程量，及兼顾建筑的外形美观、功能齐全及安全性高，因此对各方面的指标调整显得尤为重要[7]。

【参考文献】

[1]王飞.高层结构设计需要控制的重要指标及调整方法[J].黑龙江科技信息.2011(05) ：268.

[2]董燕,胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报.2011(11) :36.

[3]王小平.钢筋混凝土高层结构设计常见问题浅析[J].中国高新技术企业.2009(13)

[4]郑坤龙,罗启尧.高层结构设计中确定结构体系应注意的问题[J].中国新技术新产品.2010(14) ：188.

[5]李邱冀,赵丽,李晓娜.高层结构设计需控制的重要指标及处理方法[J].科技传播.2011(05) ：183.

[6]段佳琦.高层结构设计需要控制的六个比值及调整方法[J].考试周刊.2009(47) ：175.

[7]黄静.高层建筑结构设计中控制参数电算调整方法[J].中国新技术新产品.2011(12) ：175.