(西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055)
摘 要：文章通过一个实际工程的算例, 根据《高层建筑 混凝土结构技术规程》中对结构中的周期比、重力二阶效应、短柱几个重要指标的限制［1,2］，对高层框架结构进行了整体分析，对模型中各个指标进行调整,采用合理的措施 ,进而给结构概念设计上提供一些有益的参考。
关键词：高层框架结构；周期比；重力二阶效应；短柱
中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：[HT K]1007—6921(2009)07—0192—02
框架结构是高层建筑结构中广泛采用的一种结构形式,完全由梁和柱组成的结构体系,建筑平 面布置灵活、可以获得大空间、构件较少、施工方便。然而由于随着结构高度和层数的增加 ，在水平荷载作用于结构时,随着竖向荷载的增大，框架底部梁、柱构件的弯矩和剪力显著 增加，形成的重力二阶效应问题;抗侧力刚度布置不合理产生的扭转问题;重力荷载过大,导 致梁柱截面尺寸的增大形成短柱问题,对整个框架结构影响程度都应值得我们重视。下面通 过一个实例进行分析：
1 工程概况
某商务酒店，地下1层,地上11+1（1为夹层）层，建筑高度44.5m，总建筑面积为9 900m2 ，建筑平面见图1、图2所示，1、2层层高为3.8m，3层层高5.1m，顶层层高4.8m，其余 层层高 均为3.5m。该建筑结构形式为框架结构，A级高度，该地区按抗震设防为6度,设防分组为第1 组，设计基本地震加速度为0.05g，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类，框架抗震等级 为3级。
1、2、3层框架柱砼为C35，4～9层框架柱砼为C30，其余层框架柱砼为C25；1～9层梁、板砼 强度为C30,其余为C25。电梯间墙体采用实心砖墙体,其余墙体均为空心墙。结构计算采用中 国建筑科学研究院的SATWE软件，该软件为空间有限元分析软件，采用空间杆单元模拟梁、 柱及支撑等杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，可以较好地模拟结构的实际 受力情况对所有楼层采用刚性楼板假定，地震分析采用总刚分析法。
本文着重从下面几个指标来说明高层框架结构设计时应该重视的几个问题：
2 重力二阶效应
在工程初步设计中，当框架横梁线刚度与柱线刚度之比>3时，柱上下端节点转角很小，反弯 点除底层柱外可视为在柱高的中间，反弯点法简单方便，合理适用。 .gif)
当框架横梁线刚度与柱线刚度之比<3时，常采用修正反弯点法或D值法；然而对高层框架承 受水平荷载作用时的内力与侧移分析时，高层框架中往往因柱截面的增大，柱上下端节点转 角不等使反弯点偏离柱高的中间。D值法或修正反弯点法其在规则框架的条件下提出了柱侧 向刚度修正值D公式和反弯点及其调整公式，该法的精度和适用性明显优于反弯点法。在公 式中如何考虑不同层高、梁柱上下线刚度不一的影响有所不足，文献［3］给出其顶 层柱和底 层柱计算方法。在水平荷载用下由于结构竖向构件弦转角和构件的挠度引起侧向位移,本工 程层间位移角曲线图3可知：Y向风荷载作用下在3层结构的侧向位移最大1/1433。最大层间 位移发生在3层。最大侧向位移大量的数值分析高层框架结构在水平荷载作用结构上下产生 的侧移在竖向荷载作用下产生的位移产生的偏心,引起附加弯矩,在3层结构处产生重力二阶 效应比较明显，文献［4］给出具体的重力二阶效应实用计算方法。
影响高层建筑结构重力二阶效应的因素主要有两个方面，即结构的侧向刚度和结构的竖向荷 载。因此，在实际工程中不能单纯根据结构高度来确定重力二阶效应影响的大小。在结构刚 度较柔的情况下，结构发生的较大的侧移，重力二阶效的影响是不能忽略的，侧向刚度大小 对侧向位移的影响显得十分重要，特别是对竖向荷载较大的结构，更应充分予以重视。本工 程的计算结果如下。
3 周期比
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3 - 2002）第4.3.5 条中规定：结构平面布置应减 少扭转的影响。考查以结构扭转为主的第一自振周期Tt与以平动为主的第一自振周期T1之比 ，A级高度高层建筑不应＞0. 9。当结构刚度中心与质量中心偏差较大时,应考虑结构扭转 产生的不利影响。限制结构的抗扭刚度不能太弱，以免产生较大的扭转效应导致结构发生破 坏。限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限制以结构扭转为主的第一自振周期Tt与以平动 为主的第一自振周期T1之比＞0.9。在结构设计中，不满足以上要求时，应调整抗侧力结 构的布置，加强结构的抗扭能力,防止结构在地震作用下产生较大的扭转变形导致构件破坏 。对于普通高层建筑而言，合理的平面布局基本可以满足以上前提条件。周期最长的扭转周 期就是第一扭转周期，前提条件是扭转周期不能是结构的主振型，确认周期最长的扭转周期 是必须考虑即不能被忽略的振型，否则需要考虑周期次长的扭转周期。实际工程中，由于结 构本身的情况和地震激励角度的不确定，单纯的一阶扭转或平动振型的工程较少，多数工程 的振型是扭转和平动相伴随的，即使是平动振型，往往在两个坐标轴方向都有分量。限制Tt 与T1的比值是必要的，也是合理的，具有广泛适用性。
本工程实例考虑双向地震作用下的扭转藕联，考虑活荷载最不利布置,计算振型系数取15个，周期折减系数取0.7。计算结果见表2（只给出前3个振型计算结构）
表格的计算结构使以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期的比满足＜0. 9。如果结构在高层框架结构中控制结构的周期比不满足要求的结构，就应对结构构件或布 局进行调整。采取的措施是：加大端部竖向抗侧力构件的刚度，减少某些（中部）竖向构件 的刚度，以增大平动周期同时增大外围柱的断面来减小扭转周期。以增大结构的整体抗扭刚 度。保证结构在两个主轴方向上具有比较相近的抗震性能。
4 短柱问题
由于本工程结构竖向荷载较大,层数过多,层高不高,对于底层个别柱子荷载很大，建筑要求 的限制，截面尺寸取值已经达到750mm×1 100mm,从而
在施工图设计阶段以根据电算结果做进一步判断采取合理的构造措施进行处理 。对于本工程剪跨比＞1.5＜2.0的短柱可以通过《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ -2002)中的规定进行处理,对于极个别剪跨比＜2的超短柱来说。其中的抗弯能力不能发挥 出来。短柱的抗弯承载力比抗剪承载力大的多,很容易发生剪切破坏,因此通过削弱短柱的抗 弯强度，使短柱的抗弯强度低于抗剪强度,实现强剪弱弯,在地震作用下呈现出良好的延性。 采取了竖向设缝的方法把柱子分为2个柱肢。各个柱肢独立配筋，独立受力，人为的削弱柱 子的抗弯刚度。通过素混凝土的形式以增强它的初期刚度。在竖向承载能力基本不变的情况 下增加了柱子的后期耗能能力,使超短柱的抗震性能得到的明显的改善。通过这两种方法使 本工程短柱和超短柱实现了强剪弱弯的思想。改善了短柱的抗震性能,提供柱子的延性。
5 结束语
本文通过一个高层框架结构的工程实例,根据设计方案进行优化,对结构的几个指标进行计算 分析,就本工程存在的几个实际问题给出有效的解决措施,希望能够给结构设计人员在同类工 程中给予参考。
［参考文献］
［1］ 徐培福，等高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ-2002) ［S］北京：中国建 筑工业出版社.
［2］ 徐正忠，等建筑结构抗震规范（GB50011-2001）［S］北京：中国建筑工 业出版社.
［3］ 沈德植多高层框架中柱侧向刚度的计算［S］苏州城建环保学院学报，200 0，(9).
［4］ 黄庆丰框架结构二阶位移实用计算［S］华侨大学学报，2002,(1).