结构设计各大参数比值汇总.docx

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结构设计各大参数比值汇总

第一章轴压比2014.7.17

一、定义：

柱（墙）轴压比指柱（墙）轴压力设计值和柱（墙）的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比。

二、计算公式：

三、控制目的：

它是影响墙柱抗震性能的主要因素之一，为了使柱墙具有很好的延性和耗能能力，规范采取的措施之一就是限制轴压比。

四、规范要求：

①《砼规》11.4.16条、《抗规》6.3.6条、《高规》6.4.2条同时规定:

②《砼规》11.7.16条、《高规》7.2.13条同时规定:

抗震设计时，一二三级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比不宜超过下表中限值：

表11.7.16剪力墙轴压比限值

抗震等级（设防烈度）

一级（9度）

一级（6、7、8度）

二、三级

轴压比限值

0.4

0.5

0.6

注：

剪力墙肢轴压比指在重力荷载代表值作用下墙的轴压力设计值和墙的全截面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。

③《砼规》11.7.17条、《高规》7.2.14条同时规定：

剪力墙两端和洞口两侧应设置边缘构件且应符合下列要求：

1.一、二、三级抗震等级剪力墙，在重力荷载代表值作用下，当墙肢底截面轴压比大于表11.7.17规定时，其底部加强部位及其以上一层墙肢应按本规范第11.7.18条的规定设置约束边缘构件；当墙肢轴压比不大于表11.7.17规定时，可按本规范第11.7.19条的规定设置构造边缘构件。

表11.7.17剪力墙设置构造边缘构件的最大轴压比

抗震等级（设防烈度）

一级（9度）

一级（6、7、8度）

二、三级

轴压比

0.1

0.2

0.3

五、SATWE中怎么看：

看图形即可，红色为超限

六、规律及调整：

1抗震等级越高的建筑结构，其延性要求也越高，因此对轴压比的限制也越严格。

对于框支柱、一字形剪力墙等情况而言，则要求更严格。

抗震等级低或非抗震时可适当放松，但任何情况下不得小于1.05。

2.限制墙柱的轴压比，通常取底截面（最大轴力处）进行验算，若截面尺寸或混凝土强度等级变化时,还验算该位置的轴压比。

SATWE验算结果详，当计算结果和规范不符时，轴压比数值会自动以红色字符显示。

3.需要说明的是，对于墙肢轴压比的计算时，规范取用重力荷载代表值作用下产生的轴压力设计值（即恒载分项系数取1.2,活载分项系数取1.4）来计算其名义轴压比,是为了保证地震作用下的墙肢具有足够的延性,避免受压区过大而出现小偏压的情况,而对于截面复杂的墙肢来说,计算受压区高度非常困难,故作以上简化计算。

4.试验证明，混凝土强度等级，箍筋配置的形式和数量，均和柱的轴压比有密切的关系，因此，规范针对情况的不同，对柱的轴压比限值作了适当的调整。

5.当墙肢的轴压比虽未超过上表中限值，但又数值较大时，可在墙肢边缘应力较大的部位设置边缘构件，以提高墙肢端部混凝土极限压应变，改善剪力墙的延性。

当为一级抗震（9度）时的墙肢轴压比大于0.3,一级（8度）大于0.2,二级大于0.1时,应设置约束边缘构件,否则可设置构造边缘构件,程序对底部加强部位及其上一层所有墙肢端部均按约束边缘构件考虑。

6.轴压比不满足要求，结构的延性要求无法保证；轴压比过小，则说明构的经济技术指标较差，宜适当减少相应墙、柱的截面面积。

7.轴压比不满足时的调整方法：

增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。

第二章周期比2014.7.17

一、定义：

周期比即结构扭转为主的第一自振周期（也称第一扭振周期）Tt和平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。

二、计算公式：

Tt/T1

三、控制目的：

周期比主要控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，使结构的抗扭刚度不能太弱。

因为当两者接近时,由于振动藕连的影响,结构的扭转效应将明显增大。

四、规范要求：

①《高规》3.4.5条规定:

五、SATWE中怎么看：

WZQ文件→

======================================================================

周期、地震力和振型输出文件

（VSS求解器）

======================================================================

考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X,Y方向的平动系数、扭转系数

振型号周期转角平动系数（X+Y）扭转系数

10.9276140.661.00（0.60+0.40）0.00

20.895751.470.97（0.38+0.59）0.03

30.808468.830.10（0.02+0.08）0.90

扭转系数高的是第一扭转周期，平动系数高的是第一平动周期。

阵型号1中平动系数为1，Y为0.6，应为X方向平动，且1>0.97，故为第一平动周期

阵型号2中平动系数为0.97，Y为0.59，应为Y方向平动，

阵型号3中扭转系数为0.9，应为扭转，故为第一扭转周期

六、超了怎么办：

（1）.计算结果详周期、地震力和振型输出文件。

因SATWE电算结果中并未直接给出周期比,故对于通常的规则单塔楼结构，需人工按如下步骤验算周期比:

a）根据各振型的两个平动系数和一个扭转系数（三者之和等于1）判别各振型分别是扭转为主的振型（也称扭振振型）还是平动为主的振型（也称侧振振型）。

一般情况下，当扭转系数大于0.5时,可认为该振型是扭振振型,反之应为侧振振型。

当然，对某些极为复杂的结构还应结合主振型信息来进行判断；

b）周期最长的扭振振型对应的就是第一扭振周期Tt，周期最长的侧振振型对应的就是第一侧振周期T1；

c）计算Tt/T1，看是否超过0.9（0.85）。

对于多塔结构周期比，不能直接按上面的方法验算，这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构）。

（2）.对于刚度均匀的结构，在考虑扭转耦连计算时，一般来说前两个或几个振型为其主振型，但对于刚度不均匀的复杂结构，上述规律不一定存在。

总之在高层结构设计中，使得扭转振型不应靠前，以减小震害。

SATWE程序中给出了各振型对基底剪力贡献比例的计算功能,通过参数Ratio（振型的基底剪力占总基底剪力的百分比）可以判断出那个振型是X方向或Y方向的主振型，并可查看以及每个振型对基底剪力的贡献大小。

（3）.振型分解反应谱法分析计算周期，地震力时，还应注意两个问题，即计算模型的选择和振型数的确定。

一般来说，当全楼作刚性楼板假定后，计算时宜选择“侧刚模型”进行计算。

而当结构定义有弹性楼板时则应选择“总刚模型”进行计算较为合理。

至于振型数的确定，应按上述《高规》5.1.13条执行，振型数是否足够，应以计算振型数使振型参和质量不小于总质量的90%作为唯一的条件进行判别。

（4）.如同位移比的控制一样，周期比侧重控制的是侧向刚度和扭转刚度之间的一种相对关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大（相对于侧移）的扭转效应。

即周期比控制不是在要求结构足够结实，而是在要求结构承载布局的合理性。

考虑周期比限制以后，以前看来规整的结构平面，从新规范的角度来看，可能成为“平面不规则结构”。

一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。

周期比不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，总的调整原则是要加强结构外圈，或者削弱内筒。

（5）.扭转周期控制及调整难度较大，要查出问题关键所在，采取相应措施，才能有效解决问题。

a）扭转周期大小和刚心和形心的偏心距大小无关，只和楼层抗扭刚度有关；

b）剪力墙全部按照同一主轴两向正交布置时，较易满足；周边墙和核心筒墙成斜交布置时要注意检查是否满足；

c）当不满足周期限制时，若层位移角控制潜力较大，宜减小结构竖向构件刚度，增大平动周期；

d）当不满足周期限制时，且层位移角控制潜力不大，应检查是否存在扭转刚度特别小的层，若存在应加强该层的抗扭刚度；

e）当不满足扭转周期限制，且层位移角控制潜力不大，各层抗扭刚度无突变，说明核心筒平面尺度和结构总高度之比偏小，应加大核心筒平面尺寸或加大核心筒外墙厚，增大核心筒的抗扭刚度。

f）当计算中发现扭转为第一振型，应设法在建筑物周围布置剪力墙，不应采取只通过加大中部剪力墙的刚度措施来调整结构的抗扭刚度。

周期比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

SATWE程序不能实现。

2、人工调整：

只能通过人工调整改变构布置，提高结构的抗扭刚度；总的调整原则是加强构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱构中间墙、柱的刚度；利用结构刚度和周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，或削弱需要增大周期方向的刚度。

当结构的第一或第二振型为扭转时可按以下方法调整：

1）SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的。

2）构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。

结构在两个主轴方向的动力特性（周期和振型）宜相近。

3）当第一振型为扭转时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴（第二振型转角方向和第三振型转角方向，一般都靠近X轴和Y轴）的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强构外围的刚度，并适当削弱构内部的刚度。

4）当第二振型为扭转时，说明构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，构的抗扭刚度相对其中一主轴（第一振型转角方向）的抗侧移刚度是合理的；但相对于另一主轴（第三振型转角方向）的抗侧移刚度则过小，此时宜适当削弱构内部沿“第三振型转角方向”的刚度，并适当加强构外围（主要是沿第一振型转角方向）的刚度。

5）在进行上述调整的同时，应注意使周期比满足规范的要求。

6）当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求；当第二振型为扭转时，周期比较难满足规范的要求。

第三章层间刚度比2014.7.16

一、定义：

刚度比是指结构竖向不同楼层的侧向刚度比值。

二、计算公式：

1、按地震力和地震层间位移比计算

⑴规范要求：

①、②《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条及《高规》第3.5.2条均规定：

其楼层侧向刚度不宜小于上部相邻楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。

③《高规》第E.0.2条规定当转换层设置在第2层以上时，按本规程式（3.5.2-1）计算的转换层和其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。

④《抗震规范》第6.1.14-2条规定：

结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有和其顶板相连的抗震墙。

⑵计算公式：

框架：

；其他（框剪、剪…）:

详见《高规》P15

⑶应用范围：

①《抗震规范》第3.4.2和3.4.3条用来判断竖向不规则

②《高规》第3.5.2条规定的工程刚度比计算。

用来避免竖向不规则

③《高规》第E.0.2条用来计算转换层在二层以上时的侧向刚度比

④《抗震规范》第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算方法1。

用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。

注：

SATWE软件在进行“地震剪力和地震层间位移比”的计算时“地下室信息”中的“回填土对地下室约束相对刚度比”里的值填“0”；

2、按剪切刚度计算

⑴规范要求：

①《高规》第E.0.1条规定：

当转换层设置在1、2层时，可近似采用转换层和其相邻上层结构的等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应小于0.4，抗震设计时γ不应小于0.5。

②《抗震规范》第6.1.14-2条规定：

结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有和其顶板相连的抗震墙。

⑵计算公式：

详见《高规》P177

⑶应用范围：

①《高规》第E.0.1条用来计算转换层在一二层时的侧向刚度比

②《抗震规范》第6.1.14条规定的工程的刚度比的计算方法2。

用于判断地下室顶板能否作为上部结构的嵌固端。

3、按剪弯刚度计算

⑴规范要求：

①《高规》第E.0.3条规定：

当转换层设置在第二层以上时，尚宜采用图E所示的计算模型按公式（E.0.3）计算转换层下部结构和上部结构的等效侧向刚度比γe2。

γe2宜接近1，非抗震设计时γe不应小于0.5，抗震设计时γe不应小于0.8。

⑵计算公式：

详见《高规》P178

⑶应用范围：

①《高规》第E.0.3条规定的工程的刚度比的计算。

用来计算转换层在二层以上时的侧向刚度比

三、控制目的：

该值主要为了控制高层结构的竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。

对于地下室结构顶板能否作为嵌固端，转换层上、下结构刚度能否满足要求，及薄弱层的判断，均以层刚度比作为依据。

四、规范要求：

（见第二条）

五、SATWE中怎么看：

WMASS文件→各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息→

===========================================================================

各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等计算信息

FloorNo:

层号

TowerNo:

塔号

Xstif，Ystif:

刚心的X，Y坐标值

Alf:

层刚性主轴的方向

Xmass，Ymass:

质心的X，Y坐标值

Gmass:

总质量

Eex，Eey:

X，Y方向的偏心率

Ratx，Raty:

X，Y方向本层塔侧移刚度和下一层相应塔侧移刚度的比值（剪切刚度）

Ratx1，Raty1:

X，Y方向本层塔侧移刚度和上一层相应塔侧移刚度70%的比值

或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者

RJX1，RJY1，RJZ1:

结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度（剪切刚度）

RJX3，RJY3，RJZ3:

结构总体坐标系中塔的侧移刚度和扭转刚度（地震剪力和地震层间位移的比）

===========================================================================

FloorNo.1TowerNo.1

Xstif=58.9926（m）Ystif=7.6376（m）Alf=-0.4660（Degree）

Xmass=55.7612（m）Ymass=33.6246（m）Gmass（活荷折减）=3325.5215（2998.5144）（t）

Eex=0.3715Eey=1.4870

Ratx=1.0000Raty=1.0000

Ratx1=10.9663Raty1=16.4594

薄弱层地震剪力放大系数=1.00

RJX1=3.5845E+07（kN/m）RJY1=4.9779E+06（kN/m）RJZ1=0.0000E+00（kN/m）

RJX3=5.2885E+06（kN/m）RJY3=6.5435E+06（kN/m）RJZ3=0.0000E+00（kN/m）

---------------------------------------------------------------------------

六、超了怎么办：

（1）规范对结构层刚度比和位移比的控制一样，也要求在刚性楼板假定条件下计算。

对于有弹性板或板厚为零的工程，应计算两次，在刚性楼板假定条件下计算层刚度比并找出薄弱层，然后在真实条件下完成其它结构计算。

（2）一般来说，结构的抗侧刚度应该是沿高度均匀或沿高度逐渐减少，但对于框支层或抽空墙柱的中间楼层通常表现为薄弱层，由于薄弱层容易遭受严重震害，故程序根据刚度比的计算结果或层间剪力的大小自动判定薄弱层，并乘以放大系数，以保证结构安全。

当然，薄弱层也可在调整信息中通过人工强制指定。

（3）对于上述三种计算层刚度的方法，我们应根据实际情况进行选择：

对于底部大空间为一层时或多层建筑及砖混结构应选择“剪切刚度”；对于底部大空间为多层时或有支撑的钢结构应选择“剪弯刚度”；而对于通常工程来说，则可选用第三种规范建议方法，此法也是SATWE程序的默认方法。

刚度比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规3.5.8将该楼层地震剪力放大1.25倍。

2、人工调整：

如果还需人工干预，可按以下方法调整：

1）适当降低本层层高，或适当提高上部相关楼层的层高。

2）适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。

第四章刚重比2014.7.17

一、定义：

刚重比是指结构的侧向刚度和重力荷载设计值之比。

二、计算公式：

1、剪力墙结构、框剪结构、筒体结构（整个结构的刚重比）

H：

房屋高度；

q:

倒三角形分布荷载的最大值；

μ：

在该荷载作用下结构顶点质心的弹性水平位移；

EJd：

结构一个主轴方向的弹性等效荷载侧向刚度，可按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度；

Gi：

第i层重力荷载设计值，可取1.2倍的永久荷载标准值和1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值；

2、框架结构（每层的刚重比）

Di：

第i楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力和层间位移的比值；

hi：

第i层高度；

n:

结构总层数。

三、控制目的：

它是影响重力二阶效应的主要参数,且重力二阶效应随着结构刚重比的降低呈双曲线关系增加。

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不致过大，避免结构的失稳倒塌。

四、规范要求：

①《高规》5.4.1条规定:

当高层建筑结构满足下列规定时，弹性计算分析时可不考虑重力二阶效应的不利影响。

1.对于剪力墙结构、框剪结构、板柱剪力墙结构、筒体结构:

2.对于框架结构稳定性必须符合下列规定:

②《高规》5.4.4条规定:

1.对于剪力墙结构,框剪结构,筒体结构稳定性必须符合下列规定:

2.对于框架结构稳定性必须符合下列规定:

五、SATWE中怎么看：

WMASS文件→结构整体稳定验算结果→

============================================================================

X向刚重比EJd/GH**2=6.48

Y向刚重比EJd/GH**2=6.30

该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规（5.4.4）的整体稳定验算

该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应

六、超了怎么办：

1.高层建筑的高宽比满足限值时，可不进行稳定验算，否则应进行。

2.当高层建筑的稳定不满足上述规定时，应调整并增大结构的侧向刚度。

刚重比不满足要求，说明构的刚度相对于重力荷载过小；但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

刚重比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

SATWE程序不能实现。

2、人工调整：

只能通过人工调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

第五章剪重比2014.7.17

一、定义：

剪重比即最小地震剪力系数λ。

（查表）

二、计算公式：

Veki:

第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；

Gj：

第j层重力荷载代表值。

三、控制目的：

主要为限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长结构的安全，尤其是对于基本周期大于3.5S的结构,以及存在薄弱层的结构,出于对结构安全的考虑,规范增加了对剪重比的要求。

四、规范要求：

①《抗规》5.2.5条规定:

抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：

，（其余同高规4.3.12）

我说的：

λ查表5.2.5，对于竖向不规则结构的薄弱层的水平地震剪力应增大1.15倍，即楼层最小剪力系数λ应乘以1.15倍。

②《高规》4.3.12条规定:

我说的：

这个要求如同最小配筋率的要求，算出来的水平地震剪力如果达不到规范的最低要求，就要人为提高，并按这个最低要求完成后续的计算。

五、SATWE中怎么看：

WZQ文件→周期、地震力和振型输出文件→

各层X方向的作用力（CQC）

Floor:

层号

Tower:

塔号

Fx:

X向地震作用下结构的地震反应力

Vx:

X向地震作用下结构的楼层剪力

Mx:

X向地震作用下结构的弯矩

StaticFx:

静力法X向的地震力

------------------------------------------------------------------------------------------

FloorTowerFxVx（分塔剪重比）（整层剪重比）MxStaticFx

（kN）（kN）（kN-m）（kN）

（注意:

下面分塔输出的剪重比不适合于上连多塔结构）

……

31667.541811.39（1.53%）（1.53%）36475.79191.92

21504.562093.45（1.42%）（1.42%）42587.53137.11

11251.762261.43（1.27%）（1.27%）49811.7772.27

抗震规范（5.2.5）条要求的X向楼层最小剪重比=0.80%

X方向的有效质量系数:

99.66%

……还有Y向，此处省略

六、超了怎么办：

1.对于一般高层建筑而言,结构剪重比底层为最小,顶层最大,故实际工程中,结构剪重比由底层控制,由下到上,哪层的地震剪力不够，就放大哪层的设计地震内力.

2.结构各层剪重比及各楼层地震剪力调整系数自动计算取值,结果详SATWE周期、地震力和振型输出文件WZQ.OUT）

3.各层地震内力自动放大和否在调整信息栏设开关；如果用户考虑自动放大，SATWE将在WZQ.OUT中输出程序内部采用的放大系数.

4.六度区剪重比可在0.7％～1％取。

若剪重比过小，均为构造配筋,说明底部剪力过小，要对构件截面大小、周期折减等进行检查;若剪重比过大，说明底部剪力很大，也应检查结构模型，参数设置是否正确或结构布置是否太刚。

剪重比不满足时的调整方法：

1、程序调整：

在SATWE的“调整信息”中勾选“按抗震规范5.2.5调整各楼层地震内力”后，SATWE按抗规5.2.5自动将楼层最小地震剪力系数直接乘以该层及以上重力荷载代表值之和，用以调整该楼层地震剪力，以满足剪重比要求。

2、人工调整：

如果还需人工干预，可按下列三种情况进行调整：

1）当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。

2）当地震剪力偏大而层间侧移角又偏小时，说明结构过刚，宜适当减小墙、柱截面，降低刚度以取得合适的经济技术指标。

3）当地震剪力偏小而层间侧移角又恰当时，可在SATWE的“调整信息”中的“全楼地震作用放大系数”中输入大于1的系数增大地震作用，

以满足剪重比要求。

第六章位移比2014.7.17