结构设计需要控制的11个比值

 结构设计需要控制的11个比值

结构设计工作中，很多指标的控制是**参数的比值来实现的，这些指标有承载能力、延性、刚度、变形、规则性、稳定性等，**对一些参数比值内涵的研究，明确相关的概念，设计工作中结合模型的分析计算，运用正确的手段、方法，对建筑结构进行优化、调整，使结构体系更好的满足规范中的设计要求，达到少走弯路的目的，使得结构设计工作有规律可循，不再难做。

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值乘积之比值；可不进行地震作用计算的结构，取无地震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值乘积之比值【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值乘积之比值【抗规第6.4.2条】。不计入地震作用组合（条文说明）

目的：主要为控制结构的延性。

注意：应按规范要求对结构地震作用进行调整：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计算时，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：是反应地震作用大小的重要指标，主要为控制各楼层**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程度，剪重比应在一个比较合理的范围内。剪重比太小，说明结构刚度偏柔；剪重比太大，说明整体结构偏刚，会引起很大的地震力，不经济。

抗规表5.2.5给出了楼层**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。

地下室由于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，以免竖向刚度突变，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。剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定；剪弯刚度主要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，也是软件的缺省方式。

高规：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%.

注意：层刚度比要有层的概念，对如坡屋面的顶层、体育馆、看台、工业建筑等，可不考虑层刚度特征；对多塔结构，刚度的计算应把地盘切开，只保留与该塔相连的2~3跨的底盘结构；对错层结构或带夹层的结构，层刚度可能得不到合理的计算结果;受剪承载力的计算与混凝土强度、实配钢筋面积等因素有关。

实现途径：程序自动计算楼层刚度比，来决定是否采用1.15（1.25)的楼层剪力增大系数；对特别明显的薄弱层（如框支结构的转换层）应强制制定为薄弱层，并乘以1.15（1.25)的剪力增大系数。

4、刚重比

定义：结构刚度与重力荷载之比

目的：主要为控制结构的整体稳定性，以免结构产生滑移和倾覆 。

高规：第5.4.2及5.4.4条对刚重比作了相关规定，应根据刚重比的大小，判断是否需要考虑重力二阶效应的影响；判断结构的整体稳定性是否满足要求。

5、层间位移角（楼层**大位移与层高比）

定义：按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间**大位移与层高之比 。

目的：刚度控制指标，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 。

抗规：第5.5.1条和第5.5.5条作了相应规定。

高规：第3.7.3条和第3.7.5条作了相应规定。

注意：应在刚性楼板假定下计算；是否满足规范要求由设计人员判断。

电算：计算结果详见WDISP.OUT文件。

6、扭转位移比 （层间位移比）

定义：楼层**大杆件位移与平均杆件位移的比值;楼层竖向构件的**大层间位移与平均层间位移的比值。

目的：是控制结构扭转效应的参数，主要控制结构平面规则性，以免扭转对结构产生不利影响 。

抗规：第3.4.3；3.4.4条作了相关规定,在规定的水平力作用下，楼层的**大弹性水平位移（或层间位移),不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；扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件**大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移平均值的1.5倍，当**大层间位移远小于规范限值时，可适当放宽。

高规：第3.4.5条作了相关规定。

延伸：判断扭转不规则时应按刚性楼盖的假定建模计算，刚性楼盖是指楼盖两端的位移不超过平均位移的两倍。位移计算必须假定刚性楼盖，构件计算可采用弹性楼盖。

要求：高层建筑验算位移比要考虑偶然偏心，多层建筑可以不考虑；位移比超过1.2时，需考虑双向地震作用。

措施：结构扭转问题的解决办法：对多层结构，加大周边构件，加大外墙柱和框架梁截面，尽量减小中柱截面；对高层建筑剪力墙尽可能布置在靠近周边。

7、周期比

定义：结构扭转为主的**自振周期Tt与平动为主的**自振周期T1之比Tt/T1。

目的：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，周期比过大，说明该结构抗扭能力较弱，限制周期比的目的是是抗侧力构件的平面布置更有效合理，是结构不至出现过大的扭转。就是说周期比不是要求结构足够结实，而是结构布局合理。

规范：高规第3.4.5条对周期比作了相关规定，A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度的高层建筑、超过A级高度的混合结构及高规第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。

判断：一般情况下**大的平动系数对应的振动周期为**平动周期T1,**大的扭转系数对应的扭转周期为**扭转周期Tt.

注意：体育场馆、空旷结构和特殊的工业建筑，没有特殊要求的，一般不需要控制周期比；当高层建筑楼层开洞较复杂或为错层结构时，应选择强制刚性楼板假定来计算结构的周期比。

调整原则：结构抗侧力构件的布局均匀对称；增加结构周边的刚度；降低结构中间刚度。

8、质量比

目的：主要控制高层建筑质量沿竖向分布的规则性 。

要求:楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。

规范：高规第3.5.6 条。

9、高宽比

目的：是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。

规范：抗规第5.5.1条和高规第3.3.2条。

10、长宽比

目的：主要控制结构的平面规则性，结构平面宜简单、规则 。 规范：高规第3.4.3条

11、有效质量比

目的：主要为控制结构的地震力是否全计算出来，与结构计算所取的振型个数有关，振型个数应满足振型参与质量达到90%所需的振型数。