浅谈百米高层住宅结构设计中的七大比值

浅谈百米高层住宅结构设计中的七大比值

摘要：本文结合工程实例，就百米高层住宅结构设计中的七大比值进行探讨，提出了优化设计处理方法和措施，以达到科学经济合理的设计要求。

关键词：高层住宅；结构设计；七大比值

Abstract: combining with the project examples, the m high-rise residential structure design of the seven big ratio are discussed, puts forward optimum design processing method and measures to science reasonable economy design requirements.

Keywords: high-rise residential; Structure design; Seven big ratio

引言

随着城市建设的发展和科学技术的进步, 高层建筑(10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑)的应用日益广泛。笔者认为,对于高层结构设计来说，轴压比、位移比、周期比、刚度比、剪重比、刚重比、刚度比、层间受剪承载力比是保证结构规则、科学、合理、安全、经济的七个极其重要的参数。本文结合正在设计中的桂林某百米高层住宅，根据国家最新规范条文的要求，结合我国目前较为权威且应用最为广泛的PKPM 软件的电算结果，谈一谈如何对电算结果进行分析与判断。

一、工程概况

桂林某住宅小区，位于桂林市临桂新区，总建筑面积483300m2，由17栋高层住宅组成。高层住宅主体结构为地上三十四层，层高2.8m，总高度102m，地下室一层。

二、高层住宅结构设计七大比值与对应的PKPM计算书

对于高层住宅结构设计来说，轴压比、位移比、周期比、刚度比、剪重比、刚重比、刚度比、层间受剪承载力比是保证结构规则、安全、经济的七个极其重要的参数。我国目前较为权威且应用最为广泛的PKPM软件对这“七个比”有详细的电算结果输出，便于设计人员进行分析与调整。七大比值与对应的PKPM计算书见下表1。

四、高层住宅结构设计七大比值的具体数值分析与判断

（一）轴压比

轴压比包括柱轴压比和剪力墙轴压比。

轴压比是影响剪力墙和柱抗震性能的主要因素之一。为了使剪力墙和柱具有很好的延性和耗能能力，我国最新规范采取的措施之一就是限制轴压比。

根据PKPM计算结果中的柱轴压比图形文件和剪力墙轴压比图形文件，本百米高层住宅的柱轴压比均小于且接近柱轴压比限值0.9，剪力墙墙肢轴压比均小于且接近剪力墙墙肢轴压比限值0.6，完全满足规范要求。

（二）位移比

位移比是指楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.5.1条表5．5．1，框架-剪力墙结构的弹性层间位移角限值为1/800。根据PKPM计算结果中的位移输出文件Wdisp.out，本百米高层住宅的弹性层间位移角均小于1/800，完全满足规范要求。

（三）周期比

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与平动为主的第一自振周期（也称第一侧振周期）T1的比值。

本百米高层住宅为A级高度高层建筑，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条，周期比不应大于0.9。根据PKPM计算结果中的周期、地震力与振型输出文件Wzq.out，结构扭转为主的第一自振周期Tt=2.2043，结构平动为主的第一自振周期Tl=4.0101，周期比=2.2043/4.0101=0.55＜0.9，完全满足规范要求。

（四）剪重比

剪重比即楼层最小水平地震剪力系数λ。主要是控制各楼层最小地震剪力，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。

根据PKPM计算结果中的周期、地震力与振型输出文件Wzq.out，本百米高层住宅的基本周期为 4.0，3.5＜4.0＜5.0。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第4.3.12条表4.3.12和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.2.5条表5.2.5，楼层最小水平地震剪力系数λ=0.007。根据PKPM计算结果

中的周期、地震力与振型输出文件Wzq.out，X向楼层最小剪重比=0.0074＞0.007，Y向楼层最小剪重比=0.0073＞0.007，完全满足规范要求。

（五）刚重比

刚重比是指结构的侧向刚度与重力荷载设计值之比。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。高层建筑在风荷载或水平地震作用下,若重力二阶效应过大则会引起结构的失稳倒塌，故控制好结构的刚重比，则可以控制结构不失去稳定。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.4.4条，要求本百米高层住宅的刚重比＞1.4。根据PKPM计算结果中的建筑结构总信息文件Wmass.out，X向刚重比=1.98＞1.4, Y向刚重比=1.88＞1.4,均通过了《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.4.4条的整体稳定验算。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.4.1条、第5.4.2条，X向刚重比=1.98＜2.7, Y向刚重比=1.88＜2.7, 结构弹性计算时应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。

（六）刚度比

刚度比指结构竖向不同楼层的侧向刚度的比值（也称层刚度比）。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.5.2条，本百米高层住宅的刚度比不宜小于0.9。根据PKPM计算结果中的建筑结构总信息文件Wmass.out，X方向最小刚度比=1.0＞0.9，Y方向最小刚度比=1.0＞0.9，完全满足规范要求。

（七）层间受剪承载力比

楼层抗侧力结构的层间受剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱、剪力墙、斜撑的受剪承载力之和。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.5.3条，A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80％，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65％；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75％。本百米高层住宅为A级高度高层建筑。根据PKPM计算结果中的建筑结构总信息文件Wmass.out，X方向最小楼层抗剪承载力之比=0.99＞80％，Y方向最小楼层抗剪承载力之比=0.96＞80％，完全满足规范要求。

结束语

以上仅从国家最新规范条文及PKPM软件运用的角度对高层结构设计中非常重要的“七个比”进行对照理解，然而规范条文终究有其局限性，只能针对一