高层结构计算中周期比的控制

　　摘要：通过对高层结构计算中周期比的具体分析，找出结构抗震的薄弱部位，以解决目前高层结构计算中，扭转周期比超限的问题。
　　关键词高层，周期比，扭转
　　
　　1.引言
　　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。所以说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。2008年汶川地震表明：建筑平面不规则和扭转刚度太弱的结构在地震中极易发生扭转脆性破坏，甚至发生结构整体倒塌事故。因此在高层结构布置初期，就应该使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应，增强抗扭转能力。
　　2.周期比的确定
　　《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第3.4.5条：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。周期比不满足规范的要求，说明该结构的扭转效明显，设计者应根据需要增大结构周边构件的刚度，或降低结构中间构件的刚度，最好同时进行，来增强结构的整体抗扭转能力。
　　限制结构的抗扭刚度不能太弱。关键是限制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Tl之比。当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大。扭转耦联振动的主振型，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。高层结构沿两个正交方向各有一个平动为主的第一振型周期，Tl是指刚度较弱方向的平动为主的第一振型周期，对刚度较强方向的平动为主的第一振型周期与扭转为主的第一振型周期Tt的比值。高层建筑结构当偏心率较小时，结构扭转位移比一般能满足本条规定的限值，但其周期比有的会超过限值，必须使位移比和周期比都满足限值，使结构具有必要的抗扭刚度，保证结构的扭转效应较小。当结构的偏心率较大时，如结构扭转位移比能满足本条规定的上限值，则周期比一般都能满足限值。
　　3.周期比的控制方法
　　总的调整原则是增大结构周边构件的刚度，或降低结构中间构件的刚度。具体方法有：增加剪力墙之间的连梁数、增大连接板的厚度、尽量减少角窗。Ⅰ.尽量加大周边构件截面，增大平面抗扭刚度；Ⅱ.加厚离质心较远处的剪力墙厚度，使质心刚心偏心率显著改善；Ⅲ.平面凹凸不规则处加拉梁，有条件的应增设拉接楼板；Ⅳ.中间刚度很大的筒体可加开结构洞以减小刚度偏心，楼板薄弱处局部加厚。
　　4.实例
　　以某30层住宅，高度为96.50米，抗震设防烈度7度,地震加速度0.15g,设计地震分组第一组，剪力墙抗震等级为二级，基本风压（100年）0.75KN/m2。平面布置图见图1。
　　
　　
　　本工程采用中国建筑科学研究院开发的SATWE程序进行设计，计算中采用楼板刚性假定，考虑偶然偏心影响，生成WZQ.OUT文件。
　　振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数
　　11.9680178.631.00(1.00+0.00)0.00
　　21.9436119.410.00(0.00+0.00)1.00
　　31.530988.541.00(0.00+1.00)0.00
　　40.5562175.610.38(0.38+0.00)0.62
　　试算结果结构周期比为1.9463/1.9680=0.9889>0.9不满足规范要求的0.9，于是平面做如下调整：
　　生成的WZQ.OUT文件：
　　振型号周期转角平动系数(X+Y)扭转系数
　　12.557591.051.00(0.00+1.00)0.00
　　21.87081.030.93(0.93+0.00)0.07
　　31.44570.100.07(0.07+0.00)0.93
　　40.5754103.001.00(0.05+0.95)0.00
　　调整后结构周期比为1.4457/2.5575=0.56<0.9，满足了规范要求的0.9。因此说，通过增大结构周边构件的刚度，或降低结构中间构件的刚度，可以使周期比满足规范要求。
　　5.结论
　　在高层结构初步设计阶段，就应改注意竖向抗侧力构件的布置合理化，与其他专业及时沟通，以保证整体结构具有足够的抗扭刚度，以免在施工图设计阶段再进行修改，给别人和自己造成不必要的麻烦。
　　参考文献
　　1.《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
　　2.《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010
　　3.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010