高層建築是一個複雜的空間結構。它不僅平面形狀多變，立面體型也各種各樣，而且結構形式和結構體系各不相同。高層建築中有框架、剪力牆和筒體等豎向抗側力結構，又有水平放置的樓板將它們連為整體。這樣一種高次超靜定、多種結構形式組合在一起的三維空間結構，要進行內力和位移計算，就必須進行計算模型的簡化，引入不同程度的計算假定。簡化的程度視所用的計算工具按必要和合理的原則決定。
基本介紹
- 中文名：結構計算
- 對象：高層建築
- 套用：三維空間
- 方式：實用性，科學性
- 簡單計算：連梁剛度
- 計算量：內力位移
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基本假定
1．計算高層建築結構的內力和位移時，用彈性方法及取用結構的彈性剛度，並考慮各抗側力結構的共同工作。
2．框架梁及剪力牆的連梁等構件，可按有關規定考慮局部塑性變形的內力重分布。
3．計算結構的內力和位移時，一般情況下可假定樓板在自身平面內為絕對剛性，但在設計中應採取保證樓面整體剛度的構造措施。
4．下列情況宜考慮樓板在自身平面內的變形影響：（1）樓板整體性較弱；（2）樓板有很大的開洞或缺口，寬度削弱；（3）樓板平面上有較長的外伸段；（4）作為結構轉換層的樓板，對於上述情況，須考慮樓板實際剛度，對採用剛性樓面假定算得的結果進行調整。
5．結構計算中，各類構件均需考慮彎曲變形，構件其他變形按有關規定考慮。對豎向荷載還宜考慮施工過程中逐層載入的影響。
6．構件剛度的取用。（1）框架梁的慣性矩：
現澆板框線架梁I=1．5I↓r
現澆板中部框架梁I=2．0I↓r
式中I↓r——梁截面矩形部分的慣性矩。
簡單計算
連梁剛度。框剪結構或剪力牆結構中的連梁剛度，可乘≥0．55的折減係數。（3）剪力牆的有效翼緣寬度。剪力牆可考慮縱牆或橫牆的翼緣作用，其有效翼緣寬度可按有關規定取用。（4）錯位剪力牆的等效剛度。錯位剪力牆（錯位值a≤2．5m，a≤8t，t為牆厚）的等效剛度應乘以折減係數0．8。（5）折線形剪力牆的簡化處理。當折線形剪力牆的各牆段總轉角≤15°時，可按平面剪力牆考慮。（6）壁式框架的剛域長度及桿件的等效剛度，按有關規定取用。
新的建築結構設計規範在結構可靠度、設計計算、配筋構造方面均有重大更新和補充，特別是對抗震及結構的整體性，規則性作出了更高的要求，使結構設計不可能一次完成。如何正確運用設計軟體進行結構設計計算，以滿足新規範的要求，是每個設計人員都非常關心的問題。以SATWE軟體為例，進行結構設計計算步驟的討論，對一個典型工程而言，使用結構軟體進行結構計算分四步較為科學。
結構計算方式
實用性
1．完成整體參數的正確設定計算開始以前，設計人員首先要根據新規範的具體規定和軟體手冊對參數意義的描述，以及工程的實際情況，對軟體初始參數和特殊構件進行正確設定。但有幾個參數是關係到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證後續計算結果的正確性。這些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經過試算才能得到。
（1）振型組合數是軟體在做抗震計算時考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量，使計算結果失真；取值太大，不僅浪費時間，還可能使計算結果發生畸變。《高層建築混凝土結構技術規程》5.1.13-2條規定，抗震計算時，宜考慮平扭藕聯計算結構的扭轉效應，振型數不宜小於15，對多塔結構的振型數不應小於塔樓的9倍，且計算振型數應使振型參與質量不小於總質量的90%。一般而言，振型數的多少於結構層數及結構自由度有關，當結構層數較多或結構層剛度突變較大時，振型數應當取得多些，如有彈性節點、多塔樓、轉換層等結構形式。振型組合數是否取值合理，可以看軟體計算書中的x，y向的有效質量係數是否大於0.9.具體操作是，首先根據工程實際情況及設計經驗預設一個振型數計算後考察有效質量係數是否大於0.9，若小於0.9，可逐步加大振型個數，直到x，y兩個方向的有效質量係數都大於0.9為止。必須指出的是，結構的振型組合數並不是越大越好，其最大值不能超過結構得總自由度數。例如對採用剛性板假定得單塔結構，考慮扭轉藕聯作用時，其振型不得超過結構層數的3倍。如果選取的振型組合數已經增加到結構層數的3倍，其有效質量係數仍不能滿足要求，也不能再增加振型數，而應認真分析原因，考慮結構方案是否合理。
（2）最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結構地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟體可以自動計算出最大地震力作用方向並在計算書中輸出，設計人員如發祥該角度絕對值大於15度，應將該數值回填到軟體的“水平力與整體坐標夾角”選項里並重新計算，以體現最不利地震作用方向的影響。
（3）結構基本周期是計算風荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其準確值，可以保留軟體的預設值，待計算後從計算書中讀取其值，填入軟體的“結構基本周期”選項，重新計算即可。
上述的計算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數先行計算出來，正確設定，否則其後的計算結果與實際差別很大。
科學性
2.確定整體結構的合理性整體結構的科學性和合理性是新規範特彆強調內容。新規範用於控制結構整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。
（1）周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現過大的扭轉。也就是說，周期比不是要求就構足夠結實，而是要求結構承載布局合理。《高規》第4.3.5條對結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規定。如果周期比不滿足規範的要求，說明該結構的扭轉效應明顯，設計人員需要增加結構周邊構件的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。
設計軟體通常不直接給出結構的周期比，需要設計人員根據計算書中周期值自行判定第一扭轉（平動）周期。以下介紹實用周期比計算方法：1）扭轉周期與平動周期的判斷：從計算書中找出所有扭轉係數大於0.5的平動周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動係數大於0.5的平動周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊中選出數值最大的扭轉（平動）周期，查看軟體的“結構整體空間振動簡圖”，看該周期值所對應的振型的空間振動是否為整體振動，如果其僅僅引起局部振動，則不能作為第一扭轉（平動）周期，要從佇列中取出下一個周期進行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動的值即為第一扭轉（平動）周期；3）周期比計算：將第一扭轉周期值除以第一平動周期即可。
（2）位移比（層間位移比）是控制結構平面不規則性的重要指標。其限值在《建築抗震設計規範》和《高規》中均有明確的規定，不再贅述。需要指出的是，新規範中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟體參數設定時選擇“對所有樓層強制採用剛性樓板假定”，以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求後，再去掉“對所有樓層強制採用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進行後續配筋計算。
