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摘 要： 结构布置原则，对结构计算中周期比、位移比超限及连梁超筋等设计指标进行分析并提出处理建议，经济性控制。
关键词： 位移比； 周期比； 连梁； 结构选型； 经济性控制
0 引 言
对于高度接近100m的高层住宅建筑，在结构设计中应尽可能采用普通剪力墙结构体系；历次地震灾害证明剪力墙结构具有很好的抗震能力。功能性及经济性在住宅建筑中也占有优势。怎样能完成一个合格的设计呢。以下我从结构的布置原则和在实际设计中的指标控制兩方面分别论述：
1 高层建筑结构布置原则
（1）应满足建筑使用要求，便于施工。
（2）提高结构的总体刚度减少位移。高层建筑控制位移是主要矛盾。除选择合理的结构体系外，还应从平面体型和立面变化等方面考虑有利于减少结构的侧移。在布置结构时，应加强结构的整体性，提高结构的抗侧刚度。如加强楼盖的整体性及刚度；加强构件的连接；加强基础的整体性，以减小由于基础平移或转动对结构侧移的影响。还应注意加强结构的薄弱部位和应力复杂部位。应增加结构体系抵抗倾复力矩的有效宽度。增加结构宽度，也可减小侧向位移，并且当其他条件不变时，变形与宽度的三次方成反比。宜对高宽比H/B加以限制。
（3）在地震区应满足抗震的要求。应使结构各部分刚度对称均匀，各结构单元的平面形状应力求简单规则。复杂、不规则、不对称的结构必然会带来难于计算和处理的复杂地震应力，如应力集中和扭转等，这对抗震不利。因此，应尽量使地震力作用中心与刚度中心重合，通常偏心距e（地震力作
用中心与刚度中心的距离）不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。在拐角部位应力往往比较集中，应避免在拐角处布置楼、电梯间。立面体型应避免伸出或收进，避免结构垂直方向刚度突变等。通过对震害的分析，说明建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接、屋顶局部凸出或沿高
度刚度突变等，都容易造成严重震害。建筑物的平面长度不宜过长。选择有利于抗震的竖向布置，结构的竖向布置应注意刚度均匀而连续，，要尽量避免刚度突变或结构不连续。上部刚度较小的部位有可能产生“鞭击”效应。
（4）考虑沉降、温度收缩及房屋体型复杂等因素对建筑的影响，合理布置和处理沉降缝、伸缩缝、防震缝。缝的设置与构造，在房屋结构的总体布置中，要考虑沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不利影响，常常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干独立的部分从而消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害，原则是连就要连的牢固，断就断的干净，尽可能避免藕断丝连的情况，否则应对连接部位进行详细的受力分析。
2设计指标的控制
（1）周期比的控制。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T，与平动为主的第一自振周期T;之比。当两者接近时，由于振动藕联的影响，结构的扭转效应明显增大。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O.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。不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的杭扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些(中部)竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
（2）位移比的要求。限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心。结构是否规则、刚度分布是否均匀也可用结构的刚心与质心相对位置标示，二者相距较远，刚心与质心偏离较大地震下扭转反应就相对较大。由于结构刚心与质心位置不好定量算出，高规采用控制楼层竖向构件最大位移与平均位移比值的办法对结构的扭转效应进行限制。高规要求：A级高度高层建筑位移比不宜大于1.2，不应大于1.5，且明确规定要求在考虑偶然偏心的情况。
（3）如何满足周期比的要求。周期是结构自身固有的特性，周期比的要求也是对结构性能的要求，提高结构抗扭刚度是重要的抗震概念设计。体型规则，结构构件布置均匀对称时，周期比一般都满足要求。但由于建筑方案的复杂程度越来越大，很多体型复杂的结构，例如风车型布置、蝶形布置等体型结构，它们的体型不利于抗震，扭转周期都比较长，周期比一般不易满足要求，可采用以下办法：
1）降低结构的平动刚度，使平动周期加长（可尽量减弱结构中部核心筒的刚度，减薄其墙体厚度、长度）。
2) 提高抗扭刚度（可是墙体尽量布置在周边）。当结构本身刚度较大时，位移远小于规范限值时，一般第一种方法较为有效；但结构抗侧刚度太大容易造成较大的经济浪费，所以最好的办法是增加结构抗扭刚度，减小结构平动刚度。由于外侧结构墙体距离结构刚心较远，更能提高结构抗扭刚度，而结构中部墙体主要起到支撑梁板构件，传递竖向力的作用。所以应采取加强周边墙体，减弱中部墙体的办法，长墙尽量布置在周边，中部墙体尽量短、薄，满足轴压比即可。但有时增加周边剪力墙连梁的高度也可提高结构抗扭刚度，但剪力墙延性下降，不利于抗震。所以要在概念设计指导下全面考虑问题，不可为了某个指标而忽略整体。
（4）如何满足位移比要求。高规要求的位移比是在考虑附加5%L的附加偏心距条件下进行结构计算满足位移比限值的，位移比的要求也是提高结构抗扭转能力的一种措施。但规范对此也有不尽合理的地方，例如一规则矩形结构，当墙体布置相同时，随其结构长度L的增长，位移比反而超出规范限值，这是因为考率偶然偏心后随其L的增长，偏心力增大了的原因。所以考虑附加偏心后的位移比不一定完全反映结构的规则情况，不能因为位移比超限而单纯去调整剪力墙的布置，这样有时反而造成一些不合理的地方。所以应全面看待问题，应注意周期比与位移比的关系，一般情况下提高结构抗扭刚度，墙体布置在周边，扭转周期变短，位移比也容易满足要求。
由于位移比是相对值，是根据此比值来反映结构的规则情况，但并没有区分最大位移绝对值的大小对结构的危害不同的情况。例如在相同的位移比情况下，结构刚度越大，侧向位移越小，对结构危害也越小。所以当高层住宅底层有偏置裙房的情况时，裙房层此时有位移比超限情况，但此时最大位移绝对值又很小，只是规范限值的一半左右，此时可适当放松。例如当最大层间位移小于规范限值的50%时，位移比限值可放松10%；当最大层间位移更小时，可进一步放松，但不宜超出限值的20%。
3如何满足结构位移角的指标
结构层间位移角是结构设计的一项重要指标，规范要求剪力墙结构层间位移角限值为 1/1000。当不满足要求时，表明结构刚度不足可采用以下处理办法。
（1） 增加最大节点位移处所在位置竖向构件刚度。可通过计算文件查找位移最大点，增加此处结构刚度。
（2）)查看变形图，寻找最需加强地方。通过振型变形图，可看出变形最大处位置及其方向。
（3）层间位移角的大小跟结构抗扭转效应好坏有直接关系，在很多情况下，与其增加刚度使结构的层间位移角满足要求，不如从调整结构的扭转效应入手，提高结构抗扭转刚度降低层间位移角。比如当变形最大位置在角部时，可加强角部墙体刚度。
4剪力墙连梁设计及超限处理
剪力墙连梁超筋是高层剪力墙结构计算中经常出现的问题，由于连梁两端变位差很大，导致其剪力较大，容易造成其抗剪截面不满足规范要求。一般情况下是由于剪力墙布置不合理造成其剪力过大而造成的，此时应调整结构墙体的布置，使其均匀对称。另外可减小连梁高度，使其变为弱连梁，减小连梁的剪力反而容易满足规范的要求。但当经过合理的墙体调整后，仍有某些连梁超筋时，可采用以下办法解决。
（1）连梁调幅处理。抗震设计中连梁可进行塑性调幅以降低其剪力设计值。但当结构计算中已对连梁进行了刚度折减，其调幅范围应有所限制，当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁及墙肢弯矩应相应加大。一般情况下，经全部调幅后的弯矩值不宜小于调幅前（完全弹性）的0.8倍（6,7度）和0.5倍（8度）。由于折减后剪力墙连梁在地震作用下基本都会出现塑性变形，即连梁开裂，所以连梁设计时应考虑其配筋是否满足正常使用状态下极限承载力的要求。连梁调幅法对高跨比较大的连梁效果较好，而对高跨比较小的连梁效果较差。
(2)连梁铰接处理。当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响（既不作为其它次梁的支撑梁）可考虑其在大震下破坏，对剪力墙按独立墙肢进行设计。实际计算时为减小计算工作量，可将连梁按铰接计算。由于铰接后，结构整体刚度下降可能会导致位移不满足要求；而且由于此根连梁铰接后，剪力的转移可能导致相近处原来不超筋的连梁超筋。所以此种办法可能会经过多次调整才能满足要求。
5结构选型及用钢量控制
用钢量的指标控制主要通过控制基础和地上结构两部分用钢量来实现。
（1）地上结构控制主要是控制建筑体型。应严格避免采用体型严重不规则的方案。对一般不规则的方案，应采取相应加强措施，通过合理的墙体布置使结构刚度均匀、对称，減小扭转效应，提高抗扭刚度。在满足建筑造型及使用功能的前提下，可采取以下措施控制用钢量
1）减轻荷载。由于地震力的大小与建筑物质量有直接关系，所以剪力墙的布置应力求外围长墙布置，不宜太厚，中部墙体对结构刚度贡献不大，可尽量减少。控制楼板厚度，减轻自重。减轻维护墙体及建筑面层的重量。
2）合理布置墙体。剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等原则进行合理布置。剪力墙及连梁应进行延性设计，剪力墙墙肢长：墙厚=10:1左右即可，长墙可设计成开洞的联肢墙、洞顶设置弱连梁。延性剪力墙具有更轻的自重，更好的延性及抗震耗能能力。
3）采用III级钢，控制梁截面，减少两用钢量。
4）对阳台栏板等非结构构件可采用砌块砌筑，用压顶及构造柱与主体拉结，减少次要构件的用钢量。
（2）基础的含钢量很高，控制基础的含钢量主要通过对筏板厚 度的控制来实现，筏板厚度由冲切控制，我们可以通过两方面来减小筏板厚度
1）适当提高基础砼标号。
2）增加地下室墙体的长度，减小墙下冲切力，即减小筏板厚度又减小筏板钢筋
6 结语
（1）剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等原则进行合理布置。剪力墙及连梁应进行延性设计，剪力墙墙肢长。
（2）如果周期比不满足要求，应尽可能增大抗扭刚度，如果整体抗侧刚度过大，可适当减小中部抗侧刚度，增加周边抗侧刚度。
(3)连梁超限时首先应调幅，减小连梁高度，增加连梁宽度，最后可考虑连梁铰接处理。
(4)在结构布置合理的情况下，尽量减轻结构自重，降低用钢量。
（5）减小筏板厚度，减少拉通钢筋。
关键词： 位移比； 周期比； 连梁； 结构选型； 经济性控制
0 引 言
对于高度接近100m的高层住宅建筑，在结构设计中应尽可能采用普通剪力墙结构体系；历次地震灾害证明剪力墙结构具有很好的抗震能力。功能性及经济性在住宅建筑中也占有优势。怎样能完成一个合格的设计呢。以下我从结构的布置原则和在实际设计中的指标控制兩方面分别论述：
1 高层建筑结构布置原则
（1）应满足建筑使用要求，便于施工。
（2）提高结构的总体刚度减少位移。高层建筑控制位移是主要矛盾。除选择合理的结构体系外，还应从平面体型和立面变化等方面考虑有利于减少结构的侧移。在布置结构时，应加强结构的整体性，提高结构的抗侧刚度。如加强楼盖的整体性及刚度；加强构件的连接；加强基础的整体性，以减小由于基础平移或转动对结构侧移的影响。还应注意加强结构的薄弱部位和应力复杂部位。应增加结构体系抵抗倾复力矩的有效宽度。增加结构宽度，也可减小侧向位移，并且当其他条件不变时，变形与宽度的三次方成反比。宜对高宽比H/B加以限制。
（3）在地震区应满足抗震的要求。应使结构各部分刚度对称均匀，各结构单元的平面形状应力求简单规则。复杂、不规则、不对称的结构必然会带来难于计算和处理的复杂地震应力，如应力集中和扭转等，这对抗震不利。因此，应尽量使地震力作用中心与刚度中心重合，通常偏心距e（地震力作
用中心与刚度中心的距离）不宜超过垂直于外力作用线建筑物边长的5%。在拐角部位应力往往比较集中，应避免在拐角处布置楼、电梯间。立面体型应避免伸出或收进，避免结构垂直方向刚度突变等。通过对震害的分析，说明建筑物平面布置不对称、刚度不均匀、高低错层连接、屋顶局部凸出或沿高
度刚度突变等，都容易造成严重震害。建筑物的平面长度不宜过长。选择有利于抗震的竖向布置，结构的竖向布置应注意刚度均匀而连续，，要尽量避免刚度突变或结构不连续。上部刚度较小的部位有可能产生“鞭击”效应。
（4）考虑沉降、温度收缩及房屋体型复杂等因素对建筑的影响，合理布置和处理沉降缝、伸缩缝、防震缝。缝的设置与构造，在房屋结构的总体布置中，要考虑沉降、温度收缩和体型复杂对房屋结构的不利影响，常常用沉降缝、伸缩缝或防震缝将房屋分成若干独立的部分从而消除沉降差、温度应力和体型复杂对结构的危害，原则是连就要连的牢固，断就断的干净，尽可能避免藕断丝连的情况，否则应对连接部位进行详细的受力分析。
2设计指标的控制
（1）周期比的控制。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T，与平动为主的第一自振周期T;之比。当两者接近时，由于振动藕联的影响，结构的扭转效应明显增大。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O.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。不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的杭扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些(中部)竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
（2）位移比的要求。限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心。结构是否规则、刚度分布是否均匀也可用结构的刚心与质心相对位置标示，二者相距较远，刚心与质心偏离较大地震下扭转反应就相对较大。由于结构刚心与质心位置不好定量算出，高规采用控制楼层竖向构件最大位移与平均位移比值的办法对结构的扭转效应进行限制。高规要求：A级高度高层建筑位移比不宜大于1.2，不应大于1.5，且明确规定要求在考虑偶然偏心的情况。
（3）如何满足周期比的要求。周期是结构自身固有的特性，周期比的要求也是对结构性能的要求，提高结构抗扭刚度是重要的抗震概念设计。体型规则，结构构件布置均匀对称时，周期比一般都满足要求。但由于建筑方案的复杂程度越来越大，很多体型复杂的结构，例如风车型布置、蝶形布置等体型结构，它们的体型不利于抗震，扭转周期都比较长，周期比一般不易满足要求，可采用以下办法：
1）降低结构的平动刚度，使平动周期加长（可尽量减弱结构中部核心筒的刚度，减薄其墙体厚度、长度）。
2) 提高抗扭刚度（可是墙体尽量布置在周边）。当结构本身刚度较大时，位移远小于规范限值时，一般第一种方法较为有效；但结构抗侧刚度太大容易造成较大的经济浪费，所以最好的办法是增加结构抗扭刚度，减小结构平动刚度。由于外侧结构墙体距离结构刚心较远，更能提高结构抗扭刚度，而结构中部墙体主要起到支撑梁板构件，传递竖向力的作用。所以应采取加强周边墙体，减弱中部墙体的办法，长墙尽量布置在周边，中部墙体尽量短、薄，满足轴压比即可。但有时增加周边剪力墙连梁的高度也可提高结构抗扭刚度，但剪力墙延性下降，不利于抗震。所以要在概念设计指导下全面考虑问题，不可为了某个指标而忽略整体。
（4）如何满足位移比要求。高规要求的位移比是在考虑附加5%L的附加偏心距条件下进行结构计算满足位移比限值的，位移比的要求也是提高结构抗扭转能力的一种措施。但规范对此也有不尽合理的地方，例如一规则矩形结构，当墙体布置相同时，随其结构长度L的增长，位移比反而超出规范限值，这是因为考率偶然偏心后随其L的增长，偏心力增大了的原因。所以考虑附加偏心后的位移比不一定完全反映结构的规则情况，不能因为位移比超限而单纯去调整剪力墙的布置，这样有时反而造成一些不合理的地方。所以应全面看待问题，应注意周期比与位移比的关系，一般情况下提高结构抗扭刚度，墙体布置在周边，扭转周期变短，位移比也容易满足要求。
由于位移比是相对值，是根据此比值来反映结构的规则情况，但并没有区分最大位移绝对值的大小对结构的危害不同的情况。例如在相同的位移比情况下，结构刚度越大，侧向位移越小，对结构危害也越小。所以当高层住宅底层有偏置裙房的情况时，裙房层此时有位移比超限情况，但此时最大位移绝对值又很小，只是规范限值的一半左右，此时可适当放松。例如当最大层间位移小于规范限值的50%时，位移比限值可放松10%；当最大层间位移更小时，可进一步放松，但不宜超出限值的20%。
3如何满足结构位移角的指标
结构层间位移角是结构设计的一项重要指标，规范要求剪力墙结构层间位移角限值为 1/1000。当不满足要求时，表明结构刚度不足可采用以下处理办法。
（1） 增加最大节点位移处所在位置竖向构件刚度。可通过计算文件查找位移最大点，增加此处结构刚度。
（2）)查看变形图，寻找最需加强地方。通过振型变形图，可看出变形最大处位置及其方向。
（3）层间位移角的大小跟结构抗扭转效应好坏有直接关系，在很多情况下，与其增加刚度使结构的层间位移角满足要求，不如从调整结构的扭转效应入手，提高结构抗扭转刚度降低层间位移角。比如当变形最大位置在角部时，可加强角部墙体刚度。
4剪力墙连梁设计及超限处理
剪力墙连梁超筋是高层剪力墙结构计算中经常出现的问题，由于连梁两端变位差很大，导致其剪力较大，容易造成其抗剪截面不满足规范要求。一般情况下是由于剪力墙布置不合理造成其剪力过大而造成的，此时应调整结构墙体的布置，使其均匀对称。另外可减小连梁高度，使其变为弱连梁，减小连梁的剪力反而容易满足规范的要求。但当经过合理的墙体调整后，仍有某些连梁超筋时，可采用以下办法解决。
（1）连梁调幅处理。抗震设计中连梁可进行塑性调幅以降低其剪力设计值。但当结构计算中已对连梁进行了刚度折减，其调幅范围应有所限制，当部分连梁降低弯矩设计值后，其余部位连梁及墙肢弯矩应相应加大。一般情况下，经全部调幅后的弯矩值不宜小于调幅前（完全弹性）的0.8倍（6,7度）和0.5倍（8度）。由于折减后剪力墙连梁在地震作用下基本都会出现塑性变形，即连梁开裂，所以连梁设计时应考虑其配筋是否满足正常使用状态下极限承载力的要求。连梁调幅法对高跨比较大的连梁效果较好，而对高跨比较小的连梁效果较差。
(2)连梁铰接处理。当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响（既不作为其它次梁的支撑梁）可考虑其在大震下破坏，对剪力墙按独立墙肢进行设计。实际计算时为减小计算工作量，可将连梁按铰接计算。由于铰接后，结构整体刚度下降可能会导致位移不满足要求；而且由于此根连梁铰接后，剪力的转移可能导致相近处原来不超筋的连梁超筋。所以此种办法可能会经过多次调整才能满足要求。
5结构选型及用钢量控制
用钢量的指标控制主要通过控制基础和地上结构两部分用钢量来实现。
（1）地上结构控制主要是控制建筑体型。应严格避免采用体型严重不规则的方案。对一般不规则的方案，应采取相应加强措施，通过合理的墙体布置使结构刚度均匀、对称，減小扭转效应，提高抗扭刚度。在满足建筑造型及使用功能的前提下，可采取以下措施控制用钢量
1）减轻荷载。由于地震力的大小与建筑物质量有直接关系，所以剪力墙的布置应力求外围长墙布置，不宜太厚，中部墙体对结构刚度贡献不大，可尽量减少。控制楼板厚度，减轻自重。减轻维护墙体及建筑面层的重量。
2）合理布置墙体。剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等原则进行合理布置。剪力墙及连梁应进行延性设计，剪力墙墙肢长：墙厚=10:1左右即可，长墙可设计成开洞的联肢墙、洞顶设置弱连梁。延性剪力墙具有更轻的自重，更好的延性及抗震耗能能力。
3）采用III级钢，控制梁截面，减少两用钢量。
4）对阳台栏板等非结构构件可采用砌块砌筑，用压顶及构造柱与主体拉结，减少次要构件的用钢量。
（2）基础的含钢量很高，控制基础的含钢量主要通过对筏板厚 度的控制来实现，筏板厚度由冲切控制，我们可以通过两方面来减小筏板厚度
1）适当提高基础砼标号。
2）增加地下室墙体的长度，减小墙下冲切力，即减小筏板厚度又减小筏板钢筋
6 结语
（1）剪力墙应遵循对称、均匀、周边、拐角等原则进行合理布置。剪力墙及连梁应进行延性设计，剪力墙墙肢长。
（2）如果周期比不满足要求，应尽可能增大抗扭刚度，如果整体抗侧刚度过大，可适当减小中部抗侧刚度，增加周边抗侧刚度。
(3)连梁超限时首先应调幅，减小连梁高度，增加连梁宽度，最后可考虑连梁铰接处理。
(4)在结构布置合理的情况下，尽量减轻结构自重，降低用钢量。
（5）减小筏板厚度，减少拉通钢筋。