结构设计中的8个参数比调节方法
PKPM钢结构CAD软件STS中主要参数的设置
PKPM钢结构设计CAD软件STS中主要参数的设置郑远林在钢结构设计工作中，目前普遍利用PKPM的STS/SATWE或同济大学的3D3S等软件进行。
这些软件都需要合理地设置各种参数，方能进行正确的计算，做出安全、经济、合理的设计。
如果先了解了各个参数的含义，熟悉规范在相关方面的规定，就能作出合理的设置。
本文以应用比较普遍的STS为例，总结一些该软件中部分参数设置的经验，说明与其相关的规范条文，并提出一些建议值，希望可以设计人员参考。
部分建议来源于PKPM工程部的书籍，在此一并采纳，方便读者查阅。
一：结构类型参数图1结构类型和设计规范的选项钢结构常用的结构形式主要有：框架、门式刚架、排架、桁架等。
门式刚架是一种应用比较广泛的结构类型。
这里有一个误区，并非《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS102:2002）》（以下简称《门规》）第1.0.2条中规定的结构才是门式刚架。
不能简单地认为只要是门式刚架，就可以归类为“门式刚架轻型房屋钢结构”；也不能认为只要不满足《门规》的规定，就不能采用门式刚架。
事实上，大多数单层钢结构厂房，都是门式刚架结构。
图1为STS中提供的结构类型和设计规范。
若结构为满足《门规》第1.0.2条规定的轻钢结构，则可以选择“2-门式刚架轻型房屋钢结构”，若为不满足此规定的结构，应按实际工程类型选择“1-单层钢结构厂房”、“3-多层钢结构厂房”或“4-钢框架结构”。
设计规范应根据各个规范的适用范围和实际工程的类型作出选择。
一般来说，满足《门规》适用范围的结构，选择“1-按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102:2002）计算”，其他结构可选择“0-按《钢结构设计规范》（GB50017:2003）计算”。
对于采用冷弯薄壁型钢作为主构件的钢结构房屋，也可选择“2-按《冷弯薄壁型钢结构设计规范》（GB50018）计算”。
结构类型选择“门式刚架轻型房屋钢结构”，体现了轻型房屋钢结构的特点：通过次构件、檩条、金属屋面板和墙面板与主结构的连接，结构具有较强的蒙皮刚度。
结构中的各种刚度
结构中的各种刚度刚度：结构或构件抵抗变形的能力，包括构件刚度和截面刚度，按受力状态不同可分为轴向刚度、弯曲刚度、剪变刚度和扭转刚度等。
对于构件刚度，其值为施加于构件上的力（力矩）与它引起的线位移（角位移）之比。
对于截面刚度，在弹性阶段，其值为材料弹性模量或剪变模量与截面面积或惯性矩的乘积。
首先得从刚度说起。
刚度是指：单位变形条件下，结构或构件在变形方向所施加的力的大小。
在结构静力或动力分析时需要用到。
如用位移法分析结构内力时要用到刚度矩阵，计算地震作用或风振影响时需要用到结构的刚度参数。
还有在设计动力机器基础时也需要用到结构刚度参数。
可以看有关结构力学或结构动力学的书。
举个两个简单的例子以方便理解：用力弯折直径和长度相等的实心钢管和木头，哪个费劲哪个刚度（弯曲刚度）就大。
很显然是钢管的大，你有可能把木头弯折，但要弯折钢管就很难吧！用力弯折长度相等而直径不等的实心钢管，当然是直径小的容易弯折吧，那就是直径小的刚度小了。
所以刚度是和材料特性及截面特性直接相关，当然线刚度还和长度有关了！一般能满足F＝k△，F为作用力，△为位移，k即为刚度，所以刚度物理意义为单位位移时所产生的力。
k可以是某些量的函数，即可为表达式。
由F的不同，叫法不同。
另外就是我们要说的刚度叫线刚度，即单位长度上的刚度。
比如，我们在用反弯点法计算多层框架水平荷载作用下内力近似计算时。
计算柱的水平剪力时，剪力与柱层间水平位移△的关系为V=(12ic/h2)△那么d=(12ic/h2)就叫柱的侧移刚度，表示柱上下两端相对有单位侧移时柱中产生的剪力。
其中ic表示柱的线刚度（即ic＝EI/h），h为楼层高，EI是柱的抗弯刚度（M=EI(1/p)，M为弯矩，（1/p）为曲率，也满足F＝k△形式）。
另外还可用D值法，即考虑了梁柱的刚度比变化，因为柱两端梁的刚度不同，即对柱的约束不同，那么它的反弯点，即M＝0的点会随之移动，那端强，反弯点离它越远。
结构设计参数
PKPM结构设计参数关键词：PKPM设计计算1.风荷载风压标准值计算公式为：WK=βzμsμZ W.其中：βz=1+ξυφz/μz在新规范中，基本风压Wo略有提高，而建筑的风压高度变化系数μE、脉动增大系数ξ、脉动影响系数υ都存在减小的情况。
所以，按新规范计算的风压标准值可能比89规范大，也可能比89规范小。
具体的变化包括下面几条：1）、基本风压：：新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇：新高规3.2.2条规定：对于B级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑，应按100年一遇的风压值采用。
2）、地面粗糙度类别：由原来的A、B、C类，改为A、B、C、D类。
C类是指有密集建筑群的城市市区；D类为有密集建筑群，且房屋较高的城市市区。
3）、凤压高度变化系数：A、B、C类对应的风压高度变化系数略有调整。
新增加的D 类对应的风压高度变化系数最，比C类小20%到50%.4）、脉动增大系数：A、B、C类对应的脉动增大系数略有调整。
新增加的D类对应脉动增大系数比89规范小，约5%到10%.与结构的材料和形式有关。
5）、脉动影晌系数：在89高规中，脉动影响系数仅与地面粗糙度类别有关，对应A、B、C类的脉动影响系数分别为，0.48、0.53和0.63.在新规范中，脉动影响系数不仅与地面粗糙度类别有关，而且还与建筑的高宽比和总高度有关，其数值都小于89高规。
如C类、高度为5Om、高宽比为3的建筑，υ=0.46，比89高规小28%，若为D类，则小37%.6）、结构的基本周期：脉动增大系数ξ与结构的基本周期有关（WoT12）。
结构的基本周期可采用结构力学方法计算，对于比较规则的结构，也可以采用近似方法计算：框架结构T=（0.08-1.00）N：框剪结构、框筒结构T=（0.06-0.08）N：剪力墙结构、筒中筒结构T=（0.05-0.06）N.其中N为结构层数。
2.地震作用1）、抗震设防烈度：：新规范改变了抗震设防烈度与设计基本地震加速度值的对应关系，增加了7度（0.15g〉和8度（0.30g）两种情况（见新抗震规范表3.2.2）。
结构设计中的8个参数比(超限)调节方法
结构设计中的几个参数比1.轴压比目的：控制构件保持一定延性。
保证柱（墙）的塑性变形能力和保证结构的抗倒塌能力。
要求：详见规范（抗规柱6.3.6、墙6.4.5和混规柱11.4.16、墙11.7.16&17），限制各等级的剪力墙和框架（支）柱轴压比；注意：剪力墙的轴压比对应的荷载为重力荷载代表值的设计值；框架（支）柱轴压比对应的荷载为含水平荷载的工况组合，多为地震工况组合。
调节方法：1）程序调整：SATWE程序不能实现。
2）人工调整：增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2.扭转周期比目的：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要求：规范规定（高规3.4.5）：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振型判别方法：振型方向因子来判断，因子以50%作为分界。
注意：全国超限建筑抗震设防中，对周期比比值不足不是一项超限，广东抗震审查技术要求中无该条规定。
调节方法：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，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度。
3.有效质量参与系数目的：保证考虑充足的地震作用。
要求：详见规范（抗规5.2.2条文及高规5.1.13）计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。
调节方法：增加计算参与的振型数量。
4.刚重比目的：确定在水平荷载下，结构二阶效应不致过大，而引起稳定问题。
要求：详见规范（高规5.4）重力二阶效应及结构稳定注意：此处重力为重力荷载设计值，取1.2恒+1.4活。
多层框架结构设计的主要控制参数分析
多层框架结构设计的主要控制参数分析【摘要】目前，我国多层框架结构设计的重点在于相关控制参数的分析和计算结果的判断。
深入理解多层框架结构整体控制各参数的实质含义，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加经济合理。
【关键词】多层框架结构；设计；控制参数多层框架结构设计的主要控制参数分析如下：1.剪重比剪重比是指水平地震作用标准值的楼层剪力与重力荷载代表值的比值。
主要为了控制各楼层最小地震水平剪力，用以确保较长周期结构的安全。
规定剪重比主要是为了多层框架结构楼层在长期作用下，地震影响系数下降较快，尤其对于基本周期大于3. 5s 的结构，以及存在薄弱层的结构，由此计算得出的水平地震作用下的结构效应可能太小。
而对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移则可能具有对结构的破坏影响力但是规范采用的振型分解反应谱法尚无法对此作出估量。
因此，基于安全考虑，规范规定了各楼层水平地震力的最小值和不同烈度下的剪力系数，见高规10版高规4.3.12。
要求结构承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求。
剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由“有效质量系数”来控制，当“有效质量系数”大于90%时，可以认为地震作用满足规定要求。
此时，再考察结构的剪重比是否合适，如不合适则需要修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能达到自然满足规范要求。
有效质量系数与振型个数有关，如果有效质量系数不满足90%，则需要通过增加振型数来满足。
剪重比即要求各楼层都要承担足够的地震作用，设计时不能小于规范的要求，并且明确指出，剪重比是一个调整系数，即这不是一个指标，计算结果出来后，若剪重比大于规定的最小值，计算结果不作调整，若小于，应将地震剪力调大，使剪重比达到规定的最小值。
2.轴压比轴压比是指考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值N/（fcA）；对于剪力墙，轴压比是指重力荷载代表值作用下墙肢的轴向压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值。
高层建筑结构分析中计算参数合理取值解析
平位移约束为零。注意嵌固层约束与柱底约束不同。 II. 无地下室但将地梁作为结构1层输入的计算模型，嵌固层号填1。 III.最大嵌固层层号优先于有侧约束地下室层数。 IV.嵌固层的刚度不应小于上层的2倍。大多数工程地下室与首层刚度比
1 SATWE设置嵌固层号不影响内力计算； 2SATWE地下室侧约束参数为土层水平抗 力系 数的比例系数M（N/m4）。用M值求出的 地下 室侧向刚度约束呈三角形分布，在地下室 顶层 处为0，并随深度增加而增加。M的取值范 围 一般在2.5—100之间，在少数情况的中密、 密 实的沙砾、碎石类土取值可达100—300。设 为 嵌固时填负值。
高层结构分析中计算参数合理取值解析
主要内容
1、总体计算参数合理取值 2、构件属性参数合理取值 3、弹性计算分析结果的判断 4、建筑结构抗震性能分析计算参数
1.总体计算参数合理取值
1. 总体信息 2. 地震信息 3. 风计算信息 4. 调整信息 5. 时程分析信息
1.1 总体信息
1.1 总体信息
IV.若总层数包含地下室和小塔楼层数，应填写地下 室、小塔楼层数，在计算刚重比时软件自动减去 这部分层数，否则稳定性验算不容易满足。
1.1 总体信息
1.1.12 结地构下计室算层总数
取值范围 （≤总层数，≥有侧约束地下室层数 ） I. 影响风荷载计算和剪力墙底部加强范围判断。 II. 当地梁或地下室底板作为一个结构层输入，则计
对于多层的框架结构， 重力恒载工况下考虑模拟施工与不考虑模拟施工柱的轴力相差约为8%；梁 端弯矩最大相差2倍。 对于多层结构也应该考虑模拟施工的影响。
结构设计中的几个重要比值(整理更新)
结构设计中几个重要比值（整理更新）1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求。
柱轴压比是指，有地震作用组合的柱组合轴压力设计值与柱的全截面面积和砼轴心抗压强度设计值乘积的比值，是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。
轴压比限值的依据是理论分析和试验研究并参照国外的类似条件确定的，其基准值是对称配筋柱大小偏心受压状态的轴压比分界值。
在剪力墙的轴压比计算中，轴力取重力荷载代表值，与柱子的不一样。
3、侧向刚度比：主要为控制结构竖向规则性。
4、周期比：主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。
5、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，要求见高规。
6、剪跨比：梁的剪跨比，剪力的位置a与h0的比值。
剪跨比影响了剪应力和正应力之间的相对关系，因此也决定了主应力的大小和方向，也影响着梁的斜截面受剪承载力和破坏的方式；同时也反映在受剪承载力的公式上。
7、剪压比（梁柱截面上的名义剪应力V/bh0与混凝土轴心抗压强度设计值的比值）：梁塑性铰区的截面剪压比对梁的延性、耗能能力及保持梁的强度、刚度有明显的影响，当剪压比大于0.15的时候，梁的强度和刚度有明显的退化现象，此时再增加箍筋用量，也不能发挥作用，因此对梁柱的截面尺寸有所要求。
8、跨高比：梁的跨高比（梁的净跨与梁截面高度的比值）对梁的抗震性能有明显的影响。
梁（非剪力墙的连梁）的跨高比小于5和深梁都按照深受弯构件进行计算的。
9、延性比：延性比即为弹塑性位移增大系数。
延性是指材料、构件、结构在初始强度没有明显退化的情况下的非弹性变形能力。
延性比主要分为三个层面，即截面的延性比、构件的延性比和结构的延性比。
结构的延性比多指框架或者剪力墙等结构的水平荷载-顶层水平位移（P-delta）、水平荷载-层间位移等曲线。
结构的屈服位移有等能量方法、几何做图法等。
高层建筑结构设计中的几个比值1、位移比：主要为控制结构平面规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响。
高层结构设计必备 高层混凝土结构设计六个比值及例题
∙简介：对于一个合格的结构工程师来说，最基本的素质之一就是自信和自学的能力，具体地说，就是要不断地完善“真、善、美”的自身修养。
真，就是从实际出发，诚恳、实用、合理，不夸大，不缩小。
善，就是以人为本，助人为乐，积极主动地与建筑、水电、暖通等专业配合，积极主动地和甲方、施工、监理单位合作完成工程建设。
美，就是形式美观大方、自然简洁，语言优美动人，内容表达准确到位，做到一针见血、入木三分。
∙关键字：高层，结构设计，比值1、轴压比：主要为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见抗规6.3.6 6.3.7和6.4.6。
柱轴压比不宜超过表6.3.6的规定；建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。
定不进行地震作用计算的结构，可取无地震作用组合的轴力设计值计算；2 表内限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大干2的柱，轴压比限值应降低0.05;剪跨比小于1.5的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施；3 沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于lOOmm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用复合螺旋箍、螺旋间距不大于lOOmm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用连续复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于lOmm，轴压比限值均可增加0.10；上述三种箍筋的最小酡箍特征值均应按增大的轴压比由本规范表6.3.9确定；4 在柱的截面中部附加芯柱，其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%，轴压比限值可增加0.05；此项措施与注3的措施共同采用时，轴压比限值可增加0.15，但箍筋的体积配箍率仍可按轴压比增加0.10的要求确定；5 柱轴压比不应大于1.05。
6.3.7 柱的钢筋配置，应符合下列各项要求：1 柱纵向受力钢筋的最小总配筋率应按表6.3.7-1采用，同时每侧配筋率不应,小于0.2%；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，最小总配筋率应增加0.1%。
【结构】PKPM参数设置教程
【关键字】结构1.1.1水平力与整体坐标夹角（度）规范规定:《抗震规范》，“一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进形抗震验算”。
程序实现：该参数为地震作用力方向或风荷载作用方向与结构整体坐标的夹角，逆时针方向为正，如地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小一般也不相同，那么必然存在某个角度使得结构地震反应最为剧烈，这个方向称为最不利地震作用方向，从严格意义上讲，规范中所讲的主轴是指地震沿该轴方向作用时，结构只发生沿该轴方向的侧移而不发生扭转位移的轴线，当结构不规则时，地震作用的主轴方向就不一定时0°或90°，如最大地震力方向与主轴夹角较大时，可以输入该角度考虑最不利作用方向的影响。
操作要点：由于设计人员事先很难估算结构最不利地震作用方向，因此可以先取初始值0°,SATWE计算后在计算书WZQ.OUT中输出结构最不利方向角，如果这个角度与主轴夹角大于±15。
，应将该角度重新计算，以考虑最不利地震作用方向的影响。
注意事项：（1）为避免填入该角度后图形旋转带来的不便，也可以将最不利地震作用方向在多方向水平地震参数中输入。
（2）本参数不是规范要求的，供设计人员选用。
（3）本参数也可以考虑最大风力作用的方向，但需要用户自行设定多个角度进行计算，比较多次计算结构取最不利值。
1.1.2混凝土容重（kN/m3）规范规定:参看《荷载规范》附录A常用材料和构件的自重表。
容重是用来计算梁、柱、墙、板重力荷载用的。
操作要点：初始值钢筋混凝土容重为25.0kN/m3,这适合于一般工程情况，若采用轻只混凝土或需要考虑构件装饰层重量时，应按实际情况修改此参数。
注意事项：如果结构分析是不想考虑混凝土构件自重荷载，可以填0。
1.1.3对所有楼层强制采用刚性楼板假定规范规定:《高规》，“进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内均无限刚性”程序实现：选择该项后，程序可以将用户设定的弹性楼板强制为刚性楼板参与计算。
结构设计必须要控制的11个比值
结构设计必须要控制的11个比值1、轴压比:定义：轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计系数乘积之比值；可不进行地震作用计算的结构，双人取无地震抑制作用组合的轴力设计值【抗规第6.3.6】；轴压比指柱考虑地震组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计系数乘积之比值【高规第6.4.2条】墙肢轴压比指墙的轴压力设计值与墙的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计系数乘积之比值【抗规第6.4.2条】。
不计入地震巨大作用组合（条文说明）目的：主要为控制结构的延性。
注意：应按规范要求对应当结构地震作用需要进行调整：特殊结构地震作用下内力调整、0.2Q0调整、墙柱弱梁、强剪弱弯角调整等等（程序可自动完成），短柱的调整。
2、剪重比定义：结构任一楼层的水平地震剪力与该层及其以上各层总重力荷载代表值的比值；抗规：5.2.5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：高规：4.3.12条多遇地震水平地震作用调节作用计算时，剪力结构各楼层对应于地震作用标准值的剪力应符合下式要求：内涵：是反应地震分项作用大小的重要指标，主要为压强控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，在某种程度上反映了结构的刚柔频度程度，剪重不合理比应在一个不够合理的范围内。
剪重比太小，说明构型刚度偏柔；剪重比太大，说明整体结构偏刚，会已引起很大的地震力，不经济。
抗规表5.2.5给出了楼层灾害最小地震剪力的要求，当不满足时，应优化设计方案、改进结构布置或调整结构总剪力和各楼层的水平地震剪力，使之满足要求。
促进作用地下室由于不受回填土的约束作用，可以不考虑剪重比调整。
3、刚度比定义：结构楼层与其相邻上层的侧向刚度的比值。
目的：主要为控制结构竖向的规则性，以免竖向刚度基因型，形成薄弱层，分类：PKPM系列软件提供了三种刚度比的计算方式：分别是剪切刚度，剪弯刚度和地震作用与相应的层间位移比。
剪切刚度主要用于大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；剪弯刚度用于底部大空间为多层的转换结构；地震作用与层间位移比，通常绝大多数工程都可以用此法计算刚度比，也是软件的缺省途径。
分析与设计参数补充定义(必须执行).
1.1.7 风荷载计算信息
程序实现：这是风荷载计算控制参数，程序设 有两个选项，其含义如下： l 不计算风荷载：即不计算风荷载。 l 计算风荷载：计算X、Y两个方向的风荷载。 操作要点：通常选择初始项“计算风荷载”。
1.1.8地震作用计算信息
1.1.4 结构的材料信息
操作要点：按工程实际情况设定结构材料信息
1.1.5 结构体系
操作要点：按工程实际情况确定结构体系
1.1.6 恒 活荷载计算信息
规范规定 : 《高规》 5.1.9条规定“高层建筑进行重力荷载作用效应 分析时，柱、墙轴向变形宜考虑施工过程的影响，施工过程的模拟 可根据需要采用适当的简化方法。” 程序实现：这是竖向力控制参数，程序设有五个选项； l 不计算恒活荷载，不计算竖向力。 l一次性加载：采用整体刚度模型，按一次加载方式计算竖向力。 高层框剪结构当竖向荷载一次加上时，由于墙与柱的竖向刚度相差 很大，墙柱间的连梁协调两者之间的位移差，使柱的轴力减小，墙 的轴力增大，层层调整累加的结果，有时会使高层结构的顶部出现 拉柱或梁没有负弯矩的不真实情况 l模拟施工加载1：在实际施工中竖向荷载逐层增加，逐层找平，下 层的变形对上层基本没有影响，连梁的调节作用也不大。程序模拟 施工中逐层加载，逐层找平的加载方式计算竖向力。但为了简化计 算过程，程序没有逐层增加结构刚度，而是采用整体刚度分层加载 模拟进行计算。
天正
T-D
SAT-8中各参数的意义
• 选择SAT-8软件的第一项<1、接PM生 成SATWE数据>，屏幕弹出SATWE前 处理—接PMCAD生成SATWE数据对话 框
1.分析与设计参数补充定义 （必须执行）
点取<1.分析与设计参数补充定义（必 须执行）>显示下图所示参数设置对话框。
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”控制定义、目标与意义
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”的控制定义、目标和意义
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“七个比值”
• 轴压比 • 剪重比
• 刚度比
• 位移比 • 周期比 • 刚重比 • 层间受剪承载力比 • 总结
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”的控制定义、目标和意义
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三、刚度比
1.定义：指结构竖向不同楼层的侧向刚度 的比值，也称层间刚度比。
2.公式：uc
N fc A
式中：uc—柱轴压比；
N—柱考虑地震作用组合的轴压力设计值；
fc—混凝土轴心抗压强度设计值；
A—柱的全截面面积。
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”的控制定义、目标和意义
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轴压比
轴压比是针对于以承受重力荷载为代 表值的剪力墙、柱等构件提出的概念，新
规范也明确规定：承受的轴力按考虑地震 作用组合的轴压力设计。因此轴压比是影
抗风计算不存在剪重比，风载不同于地展作 用，它是直接作用在建筑物的，而且可较准确测 定(如风洞试验)。
倘若从受力机理和截面破坏形式来看，剪重比 与剪压比是同一概念，它们都是指水平作用与竖向 作用的比值。剪重比讨论的是水平剪力和竖向重力 荷载的比值，如框架柱的剪重比；剪压比讨论的是 横向剪力和轴向压力的比值，如框架梁的剪压比。
表1 框架柱轴压比限值
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”的控制定义、目标和意义
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轴压比
②.《混凝土规》11.7.13条、《高规》7.2.14条
同时规定:抗震设计时，一二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 轴压比不宜超过表2中的极限值。
表2 剪力墙轴压比限值
《高层建筑结构设计》之一“七个比值”的控制定义、目标和意义
结构设计方法
◎ 在偶然事件（如爆炸、撞击、火灾等）发生时和发生 后，结构应能保持整体稳定性，不应发生倒塌或连续破坏而 造成生命财产的严重损失。
结构设计方法
7
◆ 安全性 Safety ◎ 如（M≤Mu） ◎ 上式仅从构件自身的承载力来确定安全性 ◎ 结构整体是否安全，不仅与每个构件是否安全有关，
题，取得安全可靠与经济合理之间的均衡
结构设计方法
2
◆容许应力设计方法 allowable stress
[]安 材全 料系 强数 度 Kf
◆ 安全系数 K 是一个大于1.0的数值 ◆ K 越大，结构安全度就越高，同时结构材料用量也越多
◆ 为取得安全可靠与经济合理的均衡， 在综合考虑各种不 确定性因素影响后，可选取一个合适的安全系数。
表 4.1 钢筋混凝土简支梁的可靠、失效和极限状态概念结构的功能可靠极限状态失效
安全性 受弯承载力 适用性 挠度变形
M < Mu f < [f]
M = Mu f = [f]
M > Mu f > [f]
耐久性 裂缝宽度 wmax< [wmax] wmax= [wmax] wmax> [wmax]
结构设计方法
法要解决的问题。
结构设计方法
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■ 显然这种可靠与经济的均衡受到多方面的影响，如国家 经济实力、设计工作寿命、维护和修复等。
■ 规范规定的设计方法，是这种均衡的最低限度，也是 国家法律。
■ 设计人员可以根据具体工程的重要程度、使用环境和 情况，以及业主的要求，提高设计水准，增加结构的 可靠度。
结构设计时结构参数的控制与分析
结构设计时结构参数的控制与分析结构设计时结构参数的控制与分析是结构设计的重要环节，它涉及结构的稳定性、安全性、经济性等多个方面，对于结构的设计和优化具有重要意义。
本文将从结构参数的定义、控制和分析三个方面进行讨论。
一、结构参数的定义结构参数是指影响结构性能的各种参数，包括结构的几何尺寸、材料性质、荷载情况等。
在结构设计中，不同的结构参数会对结构的稳定性、强度、振动特性等产生重要影响，因此必须对结构参数进行合理的控制和分析。
结构参数的控制是指在结构设计中对各种参数进行调节，以达到预期的建筑功能和安全性要求，提高结构的经济性和效果。
控制结构参数需要综合考虑多个因素，如结构的使用条件、荷载条件、材料性能等。
1、结构几何尺寸的控制结构几何尺寸是决定结构形态和空间布局的基本参数，包括结构的跨度、高度、板厚等。
在设计中，必须控制结构尺寸的大小和比例，要考虑结构的整体性、稳定性、疲劳寿命等因素。
在具体操作中，可以通过合理选择材料、形状和尺寸来达到控制结构几何尺寸的目的。
2、结构材料性质的控制结构材料的性质也是影响结构性能的重要因素，包括强度、刚度、韧性、耐腐蚀性等等。
在设计中，必须控制材料的选择和使用，以满足结构对材料的性能要求。
同时，在实际操作中也需要考虑材料的成本、可靠性和可维护性等诸多因素。
3、荷载条件的控制荷载条件是指结构所承受的静载荷或动载荷，包括永久荷载、临时荷载、地震荷载等等。
在设计中，必须对荷载条件进行合理的预估和控制，以满足结构的安全性和稳定性要求。
具体操作中，可以通过建筑功能、荷载特点、结构形态等因素来优化结构荷载条件。
结构参数的分析是指基于数学模型和有限元分析等方法，对结构各种参数进行计算和评估，以确定结构安全性、经济性和稳定性等指标。
结构参数分析可以帮助设计师更好地理解结构性能和特性，为结构设计和优化提供重要参考。
1、静力分析静力分析是指利用静力学原理，对结构受力状态进行分析和计算，以评估结构稳定性和强度等指标。
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结构设计中的几个参数比
1.轴压比目的：控制构件保持一定延性。
保证柱（墙）的塑性变形能力和保证结构的抗倒塌能力。
要求：详见规范（抗规柱636、墙和混规柱、墙&17），限制各等级的剪力墙和框架（支）柱轴压比；
注意：剪力墙的轴压比对应的荷载为重力荷载代表值的设计值；框架
（支）柱轴压比对应的荷载为含水平荷载的工况组合，多为地震工况组合。
调节方法：
1）程序调整：SATW程序不能实现。
2）人工调整：增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度。
2.扭转周期比
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要求：规范规定（高规345）: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；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
振型判别方法：振型方向因子来判断，因子以50%乍为分界。
注意：全国超限建筑抗震设防中，对周期比比值不足不是一项超限,
广东抗震审查技术要求中无该条规定。
调节方法：
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，总的调整原则是加强结构外圈刚度，削弱结构内筒刚度
3.有效质量参与系数
目的：保证考虑充足的地震作用。
要求：详见规范（抗规522条文及高规）计算振型数应使各振型参
与质量之和不小于总质量的90%
调节方法：增加计算参与的振型数量。
4.刚重比
目的：确定在水平荷载下，结构二阶效应不致过大，而引起稳定问题要
求：详见规范（高规）重力二阶效应及结构稳定
注意：此处重力为重力荷载设计值，取恒+活。
冈H重比与结构的侧移刚度成正比关系；周期比的调整将导致结构侧移
刚度的变化，从而影响到刚重比。
因此调整周期比时应注意，当某主轴方向的刚重比小于或接近规范限值时，应采用加强刚度的方法；当某主轴方向刚重比大于规范限值较多时，可采用削弱刚度的方法。
同样，对刚重比的调整也可能影响周期比。
特别是当结构的周期比接近规范限值时，应采用加强结构外围刚度的方法
规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以
忽略不计。
见高规541和及相应的条文说明。
刚重比不满足规范上限要求，说明重力二阶
效应的影响较大，应该予以考虑。
规范下限主要是控制重力荷载在水平作用位移效应引起
的二阶效应不致过大，避免结构的失稳倒塌。
见高规及相应的条文说明。
冈H重比不满足
规范下限要求，说明结构的刚度相对于重力荷载过小。
但刚重比过分大，贝y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。
调节方法：
1、程序调整：刚重比不满足规范上限要求，在SATWE勺“设计信息”中勾选“考虑P- △效应”，程序自动计入重力二阶效应的影响。
2、结构调整：刚重比不满足规范下限要求，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
3、规范给定的刚重比的上限值是，当小于这个值时需要考虑重力二阶效应；当大于这个值时没有必要考虑重力的二阶效应。
5•剪重比
目的：由于地震影响系数在长周期下降较快，对基本周期大于3s结
构水平地震下结构效应可能影响过小，偏于不安全。
要求：详见规范（抗规5. 2.5及高规）：“剪重比”
注意：此处重力为重力荷载代表值
调节方法:
1、程序调整：当剪重比偏小但与规范限值相差不大（如剪重比达到规
范限值的80%以上）时，可按下列方法之一进行调整:
1）在SATWE勺“调整信息”中勾选“按抗震规范525调整各楼层地震内力”，SATW按抗规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）在SATWE勺“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。
3）在SATWE勺“地震信息”中的“周期折减系数”中适当减小系数，增大地震作用，以满足剪重比要求。
2、结构调整：当剪重比偏小且与规范限值相差较大时，宜调整增强竖向
构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
6•位移比
目的：限制结构平面布置不规则性
注意：详见规范（高规345 ）考虑偶然偏心影响，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倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的倍，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倍。
注意：（1）风荷载不控制（2）单向地震+偏心算，而且是采用规定水平力的施加模式。
（3）双向地震下控制。
⑷单向地震+偏心，CQC不控
新增的出处：
调节方法：
1程序调整：SATW程序不能实现。
2、结构调整：只能通过调整改变结构平面布置，减小结构刚心与质心
的偏心距；调整方法如下：
1）由于位移比是在刚性楼板假定下计算的，结构最大水平位移与层间位移往往出现在结构的边角部位；因此应注意调整结构外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构刚心与质心的偏心距。
同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2）对于位移比不满足规范要求的楼层，也叮利用程序的节点搜索功能在SATW的“分析结果图形和文本显示”屮的“各层配筋构件编号简图”
中，快速找到位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
节点号在
“ SATW啦移输出文件”中查找。
也可找出位移最小的节点削弱其刚度，直到位移比满足要求。
7•层间位移角
目的：主要为限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。
同体系和高度有关
要求：详见规范（抗规5. 5.1及高规），不考虑偶然偏心、不考虑双M 地震」以弯曲变形为主的高层建筑不扣除整体弯曲变形。
注意：（1）风、单向地震均控制⑵ 单向地震+偏心不控制⑶ 双向地震不控制，除扭转特别严重外，一般双向地震同单向地震结构相近。
调节方法：
1、程序调整：SATW程序不能实现。
2、结构调整：只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度。
1）由于高层结构在水平力的作用下将不可避免地发生扭转，所以符合
刚性楼板假定的高层结构的最大层间位移往往出现在结构的边角部位，因
此应注意加强结构外围对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构的侧移变形。
同时在设计中，应在构造措施上对楼板的刚度予以保证。
2）利用程序的节点搜索功能在SATWE勺“分析结果图形和文本显示”
中的“各层配筋构件编号简图”中快速找到层间位移角超过规范限值的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。
节点号在“ SATWE位移输出文件”中查找。
&刚度比（软弱）
目的：主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突
变，形成薄弱层
要求：详见规范（高规3. 5.2及抗规表2）分结构体系，对于形成的薄弱层则按高规予以加强。