高层结构周期比的调整

浅析高层结构周期比的调整

摘要：通过周期比的相关概念分析，指出控制周期比的目的，实际是控制结构的扭转效应；控制周期比的实质，实际是避免结构的扭转破坏。同时，对周期比计算时应注意的问题做了一些总结。重点阐述了几种周期比有效调整的方式方法。

关键词：周期比；扭转周期；平动周期；振型；扭转刚度；侧移刚度

abstract: through the analysis of related concepts of cycle ratio, and points out that the control cycle than the objective, practical is to control the torsion effect; the control cycle than real, practical is to avoid the damage of structure torsion. the methods for several cycles than effective adjustment method.

keywords: periodic ratio；torsional period；translation period；vibration； torsional stiffness；lateral stiffness 中图分类号：tu973文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）引言

国内、外历次大地震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中极易遭受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果也表明，过大的扭转效应会导致结构的严重破坏。限制结构的抗扭刚度成为限制结构扭转效应的一个主要方面，而限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限制结构的周期比。

1周期比的相关概念

新《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.5条规定：结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期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、超过a级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85。

扭转周期与平动周期之比是控制结构扭转效应的重要指标，是结构扭转刚度的综合反应。控制结构周期比的目的，是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不会出现过大的扭转效应。控制结构周期比的实质是，控制结构的扭转变形要小于结构的平动变形，周期比不是要求结构足够结实，而是要求结构刚度布局合理，以此控制地震作用下结构扭转振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。

一个周期是扭转振动周期还是平动振动周期，可通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个扭转方向因子中，当扭转方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。当扭转方向因子等于0时，则该振型为纯平动振型。当扭转方向因子等于1时，则该振型为纯扭转振型。但实际工程中，考察各振型是平动方向因子还是扭转方向因子占主导地位时，考察标准最好要大于0.7。

通常在扭转振型中周期最长的（一阶振型）为第一扭转周期tt，在平动振型中周期最长的（一阶振型）为第一平动周期t1。但在必要时还应查看该振型的基底剪力是否较大，考查该振型在“结构整体空间振动简图”中，是否能引起结构整体振动，局部振动周期不

能作为第一周期。应再考查下一个次长周期。

2周期比的计算应用

将第一扭转周期tt除以第一平动周期t1即为周期比。a级高度高层建筑考查其值是否小于0.9；b级高度高层建筑、超过a级高度的混合结构及复杂高层建筑考查其值是否小于0.85。

周期比计算时应注意：（1）在结构符合刚性楼板假定时，周期比计算应在刚性楼板假定下进行，以过滤结构局部振动产生的周期。（2）对于不适宜刚性楼板假定的复杂高层建筑结构，如体育场馆、空旷结构及特殊的工业建筑等，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比。（3）目前pkpm软件的周期计算仅适用于单塔结构，对于多塔结构，软件输出的振型方向因子暂时没有参考意义。应把多塔结构切分开，按单塔结构控制扭转周期。

3周期比的有效调整

周期比不满足规范要求，说明结构的扭转刚度相对侧移刚度较小，结构扭转效应明显，对抗震不利，应及时进行调整。首先，调整结构刚度质量的规则性，减小结构的偏心率，使结构有清晰的平动主振型与扭转主振型。接着，调整结构抗侧刚度与抗扭刚度的比例关系，相对加强楼层的抗扭刚度。所谓相对加强，其含义为：当整体结构的抗侧刚度不强（层位移角接近规范要求数值）时，应加强扭转刚度较小层的抗扭刚度；当整体结构的抗侧刚度足够强（层位移角远小于规范要求数值）时，可以减小结构竖向构件刚度，增大平动周期。

在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。首先，在建筑方案设计阶段，结构设计人员就应该有意识地注意结构的地震扭转效应，尽量避免结构平面布置的不规则。使结构的刚度中心和质量中心尽可能重合，避免因过大的偏心而导致结构产生较大的扭转。但是，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们更加注重建筑的美观，复杂体型的建筑物越来越多。现在，大部分建筑物由于建筑功能和立面效果的需要，常常出现结构平面或竖向布置不规则的情况。当这种情况无法调整时，最好在初步设计阶段，对体型复杂、平立面不规则的结构，根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素，确定防震缝的设置。将不规则结构划分为几个简单的结构规则单元。其次，在户型拼装组合时，结构设计人员应初步确定剪力墙布置的位置及部位，尽量使结构抗侧力构件的布局均匀对称，这样在施工图建模计算时，剪力墙的布置能有相对灵活的选择。最后，给建筑方案设计人员提一点建议：高层建筑结构若为纯剪力墙结构时，应尽量避免角窗的出现，角窗对结构的抗扭转影响非常不利，特别是在抗震设防烈度为8度及以上的地区应慎用。总之，应在各专业的相互配合下，使建筑结构计算单元体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向分布均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀、无突变。

结构的第一振型、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振