結構上機計算的控制要點

申艷軍

河北旅游投資集團股份有限公司 河北石家莊 050000

結構成本占到建安成本的40%-60%，同時結構成本還常常由于策劃及設計管理的好壞出現非常大的波動，結果可能造成成百上千萬元的造價差別，因此結構設計優化就成為整個設計階段成本控制的重中之重。結構優化是對結構設計進行的檢討與改善，是一個再加工的過程，而不是單一的節約用鋼量。優化后的結構一般會達到指標更經濟、建筑空間和室內使用更合理、結構安全度更高、現場施工更方便的效果，是一個統籌考慮、綜合最優的結果。即結構優化既為“省錢”（更經濟），也為“更安全”、“更適用”、“更方便”。

1 高層建筑結構設計控制指標

1.1 位移控制

《高規》3.4.5條規定，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移角，A級高度高層建筑不宜該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度高層建筑、超過A級高度的混合結構及復雜高層建筑，不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結構的位移比是反映結構扭轉效應的一項重要指標。位移比要求在剛性樓板假定條件下進行，并應考慮“偶然偏心影響”。對于有彈性板或板厚為0的工程，應計算兩次，先在剛性樓板假定條件下計算位移比，再在真實條件下完成內力和配筋計算。結構位移可查看SATWE輸出結果文件WDISP.OUT。當位移比不滿足要求時，往往是由于結構剛度布置不均勻，如剪力墻偏置、支撐布置不均勻等，也可能是由于結構上下層剛度偏心較大引起的，如帶有偏心布置的大底盤高層建筑。應通過調整結構方案，盡量控制結構剛度分布均勻。

1.2 周期比控制

周期、振型可查看SATWE輸出結果文件WZQ.OUT。程序計算出每個振型的側振成分和扭振成分，二者之和等于1.0。若某振型的平動系數大于0.5，該振型即平動振型；反之則是扭轉振型。純粹的平動振型是指平動系數大于0.8，純粹的扭轉振型是指扭轉系數大于0.8。對于復雜結構還應結合結構整體空間振型動態圖形來確認，以排除較長的局部振動周期。一般對多層建筑不需控制周期比，只有高層建筑才需要控制周期比。需要注意的是，周期比和位移比的計算均要求在剛性樓板假定下進行。

1.3 層剛度比控制

層剛度比是控制結構豎向不規則性和判斷薄弱層的重要指標。層剛度比計算及薄弱層地震剪力放大系數可查看WMASS.OUT文件。程序對于一般結構按“地震剪力與相應位移的比值”方法計算層剛度和剛度比，并要求采用剛性樓板假定。對于有彈性板或者板厚為0的工程，應計算兩次，在“剛性樓板假定”條件下計算層剛度和找出薄弱層，再在真是條件下進行計算，并檢查“剛性樓板假定”條件下計算的薄弱層和真實條件（彈性板）下的計算結果是否一致。確認后完成其他計算[1]。另外，轉化層是樓層豎向抗側力構件不連續的薄弱層，不管該層是否滿足剛度比的要求，都應將該層設置為薄弱層。對于薄弱層，程序會將該層地震作用標準值的地震剪力乘以1.25的增大系數。

2 高層建筑結構設計電算要點

應用TAT、SATWE、PMSAP等程序進行高層建筑結構計算時，由于高層建筑結構的復雜性和控制指標的多樣性并非一次計算就能夠完成，必要時甚至需要多次計算，多次修改結構計算模型才能夠達到規范要求。對一個具體工程通常至少進行四輪計算。

2.1 完成整體參數的正確設定

在整體分析開始前，應在SATWE前處理的“分析與設計參數補充定義”菜單中對參數進行正確設置。這些參數關系到整體計算結果，而有些數值在計算前又很難估計，經反復試算才能確定，如振型組合數、最大地震力作用方向和基本周期等。本輪計算確定對整體分析具有控制作用的參數，因此要正確設置。

2.2 確定整體結構的合理性

如前所述，設計人員應從結構整體和局部兩個方面分析計算結果，判斷整體計算各主要指標如周期比、位移比、剛度比、受剪承載力比、剛重比、層間位移角等參數是否滿足規范要求，必要時加以調整計算。

2.3 構件設計

滿足整體參數控制計算后，應按照真實情況進行結構計算。所謂真實情況就是根據實際情況設置“彈性樓板”（彈性樓板6、彈性樓板3、彈性膜），多塔結構應選擇整體計算模型，考慮地下室和上部共同計算，根據上一輪的計算結果判斷地下室是否可以作為上部結構嵌固端，并輸入相應的計算參數。這一輪主要進行結構構件內力和配筋計算，主要包括梁、柱、剪力墻的配筋，柱和剪力墻軸壓比計算，構件截面優化設計等內容。

在計算過程中要注意以下幾個方面：（1）框架梁超斤超限信息，包括縱筋超筋、梁截面限制條件不滿足等。（2）框架柱軸壓比是否超限。（3）梁柱節點核心區超限信息。（4）剪力墻暗柱的軸壓比、配筋是否超限或者過小?；炷翗嫾浣铗炈愫唸DWPJ*.T中剪力墻的配筋計算是以直線墻段計算的，其軸壓比、配筋面積僅供參考，剪力墻配筋設計應以墻邊緣構件簡圖WPJC*.T為依據，也可用剪力墻組合配筋程序進行配筋設計。

（5）剪力墻連梁超筋。連梁一般跨度小、截面高、剛度大，在抗震計算中易出現超筋現象。解決連梁超筋的方法主要有：①調整剪力墻洞口，減小連梁剛度；②連梁中部設置水平縫，形成雙連梁；③連梁剛度折減系數取較小值，但不應低于0.5；④連梁設定為鉸接梁。（6）施工縫驗算。（7）剪力墻墻肢穩定性驗算。（8）梁的裂縫和撓度驗算。（9）樓板的超筋、裂縫和撓度驗算。（10）構件截面優化設計。即使構件不出現超斤、超限情況，也不能證明截面選擇合理，應調整構件截面使其配筋在合理范圍內。

3 結語

以上是從建筑結構程序計算方面對一些技術指標控制關鍵環節的闡述。每一個工程建筑都需要匯集參建各方的智慧和辛勤工作。從建筑結構設計角度出發，就是要盡力做到結構安全、經濟效益和社會效益最大化，要處理好這些問題，涉及到建筑與結構方案、計算機軟件應用、工作經驗和技術先進等問題，加強這方面工作的研究和交流，就能使結構設計越做越好。最終實現建筑安全、經濟和美觀的完好統一。