申艷軍

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結(jié)構(gòu)成本占到建安成本的40%-60%，同時結(jié)構(gòu)成本還常常由于策劃及設(shè)計管理的好壞出現(xiàn)非常大的波動，結(jié)果可能造成成百上千萬元的造價差別，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化就成為整個設(shè)計階段成本控制的重中之重。結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行的檢討與改善，是一個再加工的過程，而不是單一的節(jié)約用鋼量。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)一般會達(dá)到指標(biāo)更經(jīng)濟(jì)、建筑空間和室內(nèi)使用更合理、結(jié)構(gòu)安全度更高、現(xiàn)場施工更方便的效果，是一個統(tǒng)籌考慮、綜合最優(yōu)的結(jié)果。即結(jié)構(gòu)優(yōu)化既為“省錢”（更經(jīng)濟(jì)），也為“更安全”、“更適用”、“更方便”。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計控制指標(biāo)

1.1 位移控制

《高規(guī)》3.4.5條規(guī)定，樓層豎向構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)及復(fù)雜高層建筑，不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)構(gòu)的位移比是反映結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的一項重要指標(biāo)。位移比要求在剛性樓板假定條件下進(jìn)行，并應(yīng)考慮“偶然偏心影響”。對于有彈性板或板厚為0的工程，應(yīng)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(nèi)力和配筋計算。結(jié)構(gòu)位移可查看SATWE輸出結(jié)果文件WDISP.OUT。當(dāng)位移比不滿足要求時，往往是由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)通過調(diào)整結(jié)構(gòu)方案，盡量控制結(jié)構(gòu)剛度分布均勻。

1.2 周期比控制

周期、振型可查看SATWE輸出結(jié)果文件WZQ.OUT。程序計算出每個振型的側(cè)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(shù)大于0.5，該振型即平動振型；反之則是扭轉(zhuǎn)振型。純粹的平動振型是指平動系數(shù)大于0.8，純粹的扭轉(zhuǎn)振型是指扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.8。對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)還應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)整體空間振型動態(tài)圖形來確認(rèn)，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(jìn)行。

1.3 層剛度比控制

層剛度比是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則性和判斷薄弱層的重要指標(biāo)。層剛度比計算及薄弱層地震剪力放大系數(shù)可查看WMASS.OUT文件。程序?qū)τ谝话憬Y(jié)構(gòu)按“地震剪力與相應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jié)果是否一致。確認(rèn)后完成其他計算[1]。另外，轉(zhuǎn)化層是樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的薄弱層，不管該層是否滿足剛度比的要求，都應(yīng)將該層設(shè)置為薄弱層。對于薄弱層，程序會將該層地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力乘以1.25的增大系數(shù)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計電算要點

應(yīng)用TAT、SATWE、PMSAP等程序進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)計算時，由于高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和控制指標(biāo)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(jié)構(gòu)計算模型才能夠達(dá)到規(guī)范要求。對一個具體工程通常至少進(jìn)行四輪計算。

2.1 完成整體參數(shù)的正確設(shè)定

在整體分析開始前，應(yīng)在SATWE前處理的“分析與設(shè)計參數(shù)補(bǔ)充定義”菜單中對參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置。這些參數(shù)關(guān)系到整體計算結(jié)果，而有些數(shù)值在計算前又很難估計，經(jīng)反復(fù)試算才能確定，如振型組合數(shù)、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(shù)，因此要正確設(shè)置。

2.2 確定整體結(jié)構(gòu)的合理性

如前所述，設(shè)計人員應(yīng)從結(jié)構(gòu)整體和局部兩個方面分析計算結(jié)果，判斷整體計算各主要指標(biāo)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(shù)是否滿足規(guī)范要求，必要時加以調(diào)整計算。

2.3 構(gòu)件設(shè)計

滿足整體參數(shù)控制計算后，應(yīng)按照真實情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。所謂真實情況就是根據(jù)實際情況設(shè)置“彈性樓板”（彈性樓板6、彈性樓板3、彈性膜），多塔結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇整體計算模型，考慮地下室和上部共同計算，根據(jù)上一輪的計算結(jié)果判斷地下室是否可以作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，并輸入相應(yīng)的計算參數(shù)。這一輪主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)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(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)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(jié)點核心區(qū)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?gòu)件配筋驗算簡圖WPJ*.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(shè)計應(yīng)以墻邊緣構(gòu)件簡圖WPJC*.T為依據(jù)，也可用剪力墻組合配筋程序進(jìn)行配筋設(shè)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(xiàn)超筋現(xiàn)象。解決連梁超筋的方法主要有：①調(diào)整剪力墻洞口，減小連梁剛度；②連梁中部設(shè)置水平縫，形成雙連梁；③連梁剛度折減系數(shù)取較小值，但不應(yīng)低于0.5；④連梁設(shè)定為鉸接梁。（6）施工縫驗算。（7）剪力墻墻肢穩(wěn)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(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計。即使構(gòu)件不出現(xiàn)超斤、超限情況，也不能證明截面選擇合理，應(yīng)調(diào)整構(gòu)件截面使其配筋在合理范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

以上是從建筑結(jié)構(gòu)程序計算方面對一些技術(shù)指標(biāo)控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計角度出發(fā)，就是要盡力做到結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)方案、計算機(jī)軟件應(yīng)用、工作經(jīng)驗和技術(shù)先進(jìn)等問題，加強(qiáng)這方面工作的研究和交流，就能使結(jié)構(gòu)設(shè)計越做越好。最終實現(xiàn)建筑安全、經(jīng)濟(jì)和美觀的完好統(tǒng)一。