高层控制指标的意义及控制，高层六个比的控制（一）

高层控制指标的意义及控制
高层主要控制指标的目的在于：控制结构平面规则性和竖向规则性、结构稳定和P-△二阶效应。
一．结构扭转效应的控制（《高规》4.3.5要求）
1.周期比：是控制结构在大震时，扭转振型不应靠前，以减少震害；
周期比应符合《高规》4.3.5要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》4.3.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期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复杂高层建筑不应大于0.85。
计算方法：对于通常的规则单塔楼结构，如下验算周期比:
1）根据各振型的平动系数、扭转系数区分出各振型分别是扭转振型还是平动振型
2）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
3）计算Tt/T1，看是否超过0.9(0.85)
多塔结构周期比：对于多塔楼结构，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)
周期比控制目的：周期比侧重控制的是侧向刚度与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。一句话，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。
不满足时的调整方法：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。
2.位移比：取楼层最大杆间位移与楼层平均杆间位移的比值，位移比是控制结构的扭转效应；
位移比应符合《高规》4.3.5要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》4.3.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑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复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。
最大位移：墙顶、柱顶节点的最大位移
平均位移：墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移之和除2
最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值
平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小值之和除2
程序处理：针对此条，程序中对每一层都计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，用户可以一目了然地判断是否满足规范。
注意：
1)验算位移比可以选择强制刚性楼板假定
2)验算位移比需要考虑偶然偏心，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心
3)位移比超过1.2，需要考虑双向地震
注：1.最大层间位移：按规范要求取楼层竖向构件最大杆件位移称为楼层控制层间位移；
2.最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移用于送审，而后采用弹性楼板进行构件分析。
一旦出现周期比不能满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善。这种改善一般是整体性的，局部小调整往往收效甚微。一句话，周期比控制的不是在要结构足够结实，而是在承载力布局合理性，限制结构抗扭刚度不能太弱。
二．竖向不规则的控制（《高规》4.4要求）
1.层刚度比：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
新规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大，所以刚度比的合理计算较为重要。
新规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，所以层刚度计算的准确性就比较重要。
层刚度比应符合《高规》4.4.2要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：
1）抗震规范附录规定，筒体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2；
2）《高规》4.4.2条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%；
3）《高规》5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍；
4）《高规》10.2.3条规定，底部大空间剪力墙结构，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度，应符合高规附录E的规定：
三种方案可供选择：
高规附录建议的方法——剪切刚度Ki=GiAi/hi
高规附录建议的方法——剪弯刚度Ki=Vi/Δi
抗震规范的3.4.2和3.4.3条文说明中建议方法Ki=Vi/Δui
¨抗震规范（第三种）方法为通用方法，也是程序的缺省方式，通常工程均可采用此种办法
¨底部大空间为一层时，刚度比计算可采用剪切刚度
¨底部大空间为多层时，刚度比计算可采用剪弯刚度
¨三种方法算出的楼层刚度可能差别很大，属正常，可以不必奇怪
2.层承载力比：控制竖向不规则性
层承载力比应符合《高规》4.4.3要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》4.4.3条规定：A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的75%。
3.剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性
剪重比应符合《高规》3.3.13要求：满足各楼层最小剪力要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》3.3.13条规定：抗震验算时，结构任一楼层的水平地震的剪重比不应小于表3.3.13给出的最小地震剪力系数λ。
注：1.刚度比控制
（1）剪切刚度；
（2）弯剪刚度；
（3）抗规3.4.2中定义的刚度。
选用方法如下：
（1）对于多层（砌体、砖混底框），宜采用刚度1；
（2）对于带斜撑的钢结构，宜采用刚度2；
（3）多数结构宜采用刚度3。（所有的结构均可用刚度3）
三．结构稳定控制（《高规》5.4要求）
1.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
刚重比应符合《高规》5.4要求：重力二阶效应及结构稳定。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
四．正常使用状态控制（《高规》4.6要求）
1.层间位移角：
位移角应符合《高规》4.6.3要求：满足层间最大位移/层高要求。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》4.6.3条规定：按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比宜符合表4.6.3的限值。
五．其他控制指标
1.有效质量系数：
有效质量系数应符合《高规》5.1.13要求：振型数≥15，有效质量系数≥90%。
该指标输出在SATWE计算之文件中。
规范条文：《高规》5.1.13条规定：规定对B级高度高层建筑及复杂高层建筑有效质量系数不小于0.9；抗规(5.2.2)条文说明建议有效质量系数可取为0.9

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高层六个比的控制

1.位移比（层间位移比）:
1.1名词释义：
（1）位移比：即楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。
（2)层间位移比：即楼层竖向构件的最大层间位移角与平均层间位移角的比值。
其中：
最大水平位移：墙顶、柱顶节点的最大水平位移。
平均水平位移：墙顶、柱顶节点的最大水平位移与最小水平位移之和除2。
层间位移角：墙、柱层间位移与层高的比值。
最大层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值。
平均层间位移角：墙、柱层间位移角的最大值与最小值之和除2。
1.3控制目的:
高层建筑层数多，高度大，为了保证高层建筑结构具有必要的刚度，应对其最大位移和层间位移加以控制，主要目的有以下几点：
1保证主体结构基本处于弹性受力状态,避免混凝土墙柱出现裂缝,控制楼面梁板的裂缝数量,宽度。
2保证填充墙,隔墙,幕墙等非结构构件的完好,避免产生明显的损坏。
3．控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。
1.2相关规范条文的控制：
[抗规]3.4.2条规定，建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则,对称,并应具有良好的整体性,当存在结构平面扭转不规则时,楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),不宜大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍。
[高规]4.3.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑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复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。
[高规]4.6.3条规定，高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层间之比（即最大层间位移角）Δu/h应满足以下要求：
结构休系Δu/h限值
框架1/550
框架-剪力墙，框架-核心筒1/800
筒中筒，剪力墙1/1000
框支层1/1000
1.4电算结果的判别与调整要点:
PKPM软件中的SATWE程序对每一楼层计算并输出最大水平位移、最大层间位移角、平均水平位移、平均层间位移角及相应的比值，详位移输出文件。但对于计算结果的判读,应注意以下几点：
（1）若位移比（层间位移比）超过1.2，则需要在总信息参数设置中考虑双向地震作用;
（2）验算位移比需要考虑偶然偏心作用，验算层间位移角则不需要考虑偶然偏心
（3）验算位移比应选择强制刚性楼板假定，但当凸凹不规则或楼板局部不连续时，应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，当平面不对称时尚应计及扭转影响
（4）最大层间位移、位移比是在刚性楼板假设下的控制参数。构件设计与位移信息不是在同一条件下的结果（即构件设计可以采用弹性楼板计算，而位移计算必须在刚性楼板假设下获得），故可先采用刚性楼板算出位移，而后采用弹性楼板进行构件分析。如果没有勾选刚性楼板假定这一项，意味着当该房间定义了板厚为零或全房间洞时,楼层就会产生"弹性节点"，普通楼面只要不开洞的楼板还是按刚性假定计算内力，即平面内无限刚，平面外为零。在特殊构件里定义不同类型的弹性楼板和不勾选刚性楼板假定的区别是后者会自动对有楼板的房间默认为刚性楼板。
（5）因为高层建筑在水平力作用下,几乎都会产生扭转,故楼层最大位移一般都发生在结构单元的边角部位。