本文格式為Word版，下載可任意編輯——建筑結構設計中的十個比值

淺談建筑結構設計中的十個比值

隨著計算機技術及CAD技術的發展，當前我們進行建筑結構設計越來越倚重計算軟件；對計算軟件依靠加深，往往會使我們變得懶于獨立思考判斷，而是直接引用計算結果作為設計的依據。這樣對于普通的規則的建筑往往沒有大問題，但是一遇到特別的建筑，其計算結果就會失真，必需人工進行調整干預才能得出正確的結果?！陡邔咏ㄖ炷良夹g規程》第5.1.16條明確指出：對結構分析軟件的計算結果，應進行分析判斷，確認合理有效后方可作為工程設計的依據。這一條文明確指出我們設計人員是設計的主體，軟件只是我們的輔助工具，任何時候都不能喪失獨立判斷分析的能力。分析一個計算結果正確與否，有十個比值十分關鍵，它們是軸壓比，剪重比，剛度比，位移比，周期比，剛重比，樓層最大位移與層高比（層間位移角），傾覆力矩比，剪跨比以及剪壓比。

（1）軸壓比：主要為控制結構的延性，規范對墻肢和柱均有相應限值要

求，見抗震規范第6.3.6條和6.4.5條。軸壓比是指柱組合軸力設計值與柱全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比。需要注意的是荷載組合下柱軸壓比不能過大，從《混凝土結構設計規范》（GB50010-2023）第7.3.1條可以看出當軸壓力N>0.9φfc時，所增加的軸力全部由鋼筋來承受，很不經濟，特別是地下室柱更應注意對截面的控制。根據以往經驗，合理的柱截面應當其配筋為構造配筋（配筋率0.7%~1.0%），當柱計算配筋面積很大時應加大柱截面。

（2）剪重比：是指結構任一樓層的水平剪力與該層及以上各層總重力荷

載代表值之比。一般特指底層水平剪力與結構總重力荷載代表值之比。剪重比主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性，見《抗震規范》第5.2.5條。剪重比在某種程度上反映了結構的剛柔程度，它應當在一個合理的范圍內。假使結構太剛，剪重比過大，則地震力增加，造成浪費；假使結構太柔，剪重比過小，層間位移比就不滿足規范規定的變形要求。

由此可見，剪重比是反映結構性能的一個重要指標，同時也反映了地震力的大小。與它關聯的參數是“有效質量系數〞。當有效質量系數大于90%時，可以認為地震作用滿足規范要求，此時，再查看剪重比是否適合，假使不適合，再調整結構抗側力構件直到滿足要求。假使剪重比不滿足《抗震規范》第5.2.5條要求，程序會自動調整地震力作用，將調整系數直接乘在該層構件的地震內力上，但是需要指出的是地下室不受最小剪重比的控制。實際應用過程中，假使剪重比不滿足規范要求，說明結構抗側力構件布置不合理，我們往往通過調整結構構件布置的方式來調整，而不是采用直接增大地震力的方式。

（3）剛度比：主要為控制結構豎向規則性，以免豎向剛度突變，形成薄

弱層。計算結果詳見SATWE后處理文件WMASS.OUT。剛度比與剪重比都反映了結構的抗震性能，說明白結構在豎向剛度是否均勻。我們在結構設計中一般采用剛度比來判斷結構中是否存在薄弱層，《高規》JGJ3-2023第4.4.2條，4.4.3條明確指出樓層側向剛度不宜小

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于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%，假使小于，則程序會自動判定為薄弱層，地震力自動放大1.15倍。在判定地下室是否作為上部結構嵌固端時也會用到剛度比的概念，此時候剛度的計算方法要采用剪切剛度。

（4）位移比：是指樓層最大桿件位移與平均桿件位移之比。位移比同樣

是反映結構整體性能的一個重要指標，主要為控制結構平面規則性，以免形成扭轉，對結構產生不利影響。見《抗震規范》第3.4.4條。驗算結構的位移比必需注意以下幾點：1）驗算位移比應在剛性樓板假定下計算；2）驗算位移比需要考慮偶然偏心的影響；

3）位移比超過1.2時，需要考慮雙向地震影響；

4）構件設計出圖應在位移比驗算完成并取消剛性樓板假定之后進行。對于繁雜結構如坡屋頂，體育館等大開洞建筑，錯層建筑，躍層建筑，剛性樓板假定會使計算結果失真，應當從實際出發，選擇彈性樓板來計算結構的位移比。（5）周期比：《高規》JGJ3-2023第4.3.5條規定結構扭轉為主的第一周期

Tt與平動為主的第一周期T1之比。同位移比一樣，周期比也是為了控制側向剛度與扭轉剛度的一種相對關系，而非絕對大小。目的是為了使抗側力構件能夠周邊、對稱布置在有效抗爭扭轉效應的地方，使結構不至于出現過大的扭轉效應。所以一旦出現周期比不滿足，只能通過調整結構抗側力構件的布置，加強周邊抗扭剛度來實現。驗算周期比需要注意以下幾點：

1）驗算周期比應當在剛性樓板假定下計算；

2）對于繁雜結構如坡屋頂，體育館等大開洞建筑，錯層建筑應在真實

狀況下驗算周期比。

3）對于多塔結構，應分塔單獨驗算各自的周期比。

總之，周期比控制的不是要求結構如何“穩固〞而是要求結構構件的平面布置要周邊，對稱，均勻。

（6）剛重比：剛重比為結構剛度和重力荷載之比。剛重比主要為控制結

構的穩定性，以免結構產生滑移和傾覆?！陡咭帯稪GJ3-2023第5.4.4條，5.4.2條對剛重比做了相關規定。

結構的剛重比是影響P-△效應的的主要參數，當結構的剛重比滿足規范要求時，P-△效應可控制在20%范圍內，結構的穩定具有適當的安全儲存；當剛重比進一步減小時，P-△效應會浮現非線性關系的急劇增長，導致結構整體失穩。

（7）樓層最大位移與層高比（位移角）：在地震荷載作用下，結構抗震變

形驗算應滿足《抗震規范》GB50011-2023第5.5.1條要求。即：△Ue/h<=[θe]

△Ue:多遇地震作用（即尋常說的小震）下樓層最大彈性層間位移。h:為計算樓層層高。二者之比即尋常說的位移角。規范規定位移角的限值，目的是為了使結構在多遇地震作用下保持彈性，以便震后迅速修復。

（8）傾覆力矩比：傾覆力矩比僅用于框架-剪力墻結構和短肢剪力墻結

構。在框架-剪力墻結構中確定框架抗震等級時需要計算框架承受傾

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覆力矩的比值是否大于50%，假如大于50%，屬于剪力墻較少的框剪結構，框架抗震等級按框架確定。

短肢剪力墻結構需要根據短肢剪力墻所承受傾覆力矩比值是否大于50%，假如大于50%，其抗震構造按短肢剪力墻結構計算，否則按一般剪力墻結構計算。

（9）剪跨比：梁的剪跨比指剪力的位置a與h0的比值。剪跨比影響了剪

應力和正應力之間的相對關系，決定了主應力的大小和方向，也影響著梁的斜截面受剪承載力和破壞的方式；柱子剪跨比用來確定是否屬于短柱，當柱子剪跨比小于2時即為短柱，箍筋應加密。見混凝土規范第11.4.12、11.4.17條。剪跨比決定了構件的破壞形態，我們希望結構破壞前有一定的預兆，所以，延性就十分重要，控制了剪跨比，就使結構保持了延性，不至于發生脆性破壞。

（10）剪壓比：剪壓比即梁柱截面上的名義剪應力V/bh0與混凝土軸心抗

壓強度設計值的比值。梁塑性鉸區的截面剪壓比對梁的延性、耗能能力及保持梁的強度、剛度有明顯的影響，當剪壓比大于0.15的時候，梁的強度和剛度有明顯的退化現象，此時再增加箍筋用量，也不能發揮作用，因此對梁柱的截面尺寸有所要求。剪壓比用以控制梁的最小