三種剛度比的區(qū)別及適用范圍

（一）地震力與地震層間位移比的理解與應用規(guī)范要求：抗震規(guī)范第3.4.2和3.4.3條及高規(guī)第4.4.2條均規(guī)定：其樓層側(cè)向剛度不宜小于上部相鄰樓層側(cè)向剛度的70或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80。計算公式：Ki=Vi/ui應用范圍：可用于執(zhí)行抗震規(guī)范第3.4.2和3.4.3條及高規(guī)第4.4.2條規(guī)定的工程剛度比計算?？捎糜谂袛嗟叵率翼敯迥芊褡鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端。（二）剪切剛度的理解與應用規(guī)范要求：高規(guī)第E.0.1條規(guī)定：底部大空間為一層時，可近似采用轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)等效剪切剛度比表示轉(zhuǎn)換層上、下層結(jié)構(gòu)剛度的變化，宜接近1，非抗震設計時不應大于3，抗震設計時不應大于2.計算公式見高規(guī)151頁?？拐鹨?guī)范第6.1.14條規(guī)定：當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度與上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度之比不宜小于2.其側(cè)向剛度的計算方法按照條文說明可以采用剪切剛度。計算公式見抗震規(guī)范253頁。SATWE軟件所提供的計算方法為抗震規(guī)范提供的方法。應用范圍：可用于執(zhí)行高規(guī)第E.0.1條和抗震規(guī)范第6.1.14條規(guī)定的工程的剛度比的計算。（三）剪彎剛度的理解與應用規(guī)范要求：高規(guī)第E.0.2條規(guī)定：底部大空間大于一層時，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比e可采用圖E所示的計算模型按公式（E.0.2）計算。e宜接近1，非抗震設計時e不應大于2，抗震設計時e不應大于1.3.計算公式見高規(guī)151頁。高規(guī)第E.0.2條還規(guī)定：當轉(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時，其樓層側(cè)向剛度比不應小于相鄰上部樓層的60。SATWE軟件所采用的計算方法：高位側(cè)移剛度的簡化計算應用范圍：可用于執(zhí)行高規(guī)第E.0.2條規(guī)定的工程的剛度比的計算。（四）上海規(guī)程對剛度比的規(guī)定上海規(guī)程中關于剛度比的適用范圍與國家規(guī)范的主要不同之處在于：上海規(guī)程第6.1.19條規(guī)定：地下室作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下室的樓層側(cè)向剛度不宜小于上部樓層剛度的1.5倍。上海規(guī)程已將三種剛度比統(tǒng)一為采用剪切剛度比計算。（五）工程算例：工程概況：某工程為框支剪力墻結(jié)構(gòu)，共27層（包括二層地下室），第六層為框支轉(zhuǎn)換層。結(jié)構(gòu)三維軸測圖、第六層及第七層平面圖如圖1所示（圖略）。該工程的地震設防烈度為8度，設計基本加速度為0.3g.113層X向剛度比的計算結(jié)果：由于列表困難，下面每行數(shù)字的意義如下：以“”分開三種剛度的計算方法，第一段為地震剪力與地震層間位移比的算法，第二段為剪切剛度，第三段為剪彎剛度。具體數(shù)據(jù)依次為：層號，RJX，Ratx1，薄弱層RJX，Ratx1，薄弱層RJX，Ratx1，薄弱層。其中RJX是結(jié)構(gòu)總體坐標系中塔的側(cè)移剛度（應乘以10的7次方）；Ratx1為本層塔側(cè)移剛度與上一層相應塔側(cè)移剛度70的比值或上三層平均剛度80的比值中的較小者。具體數(shù)據(jù)如下：1，7.8225，2.3367，否13.204，1.6408，否11.694，1.9251，否2，4.7283，3.9602，否11.444，1.5127，否8.6776，1.6336，否3，1.7251，1.6527，否9.0995，1.2496，否6.0967，1.2598，否4，1.3407，1.2595，否9.6348，1.0726，否6.9007，1.1557，否5，1.2304，1.2556，否9.6348，0.9018，是6.9221，0.9716，是6，1.3433，1.3534，否8.0373，0.6439，是4.3251，0.4951，是7，1.4179，2.2177，否16.014，1.3146，否11.145，1.3066，否8，0.9138，1.9275，否16.014，1.3542，否11.247.1.3559，否9，0.6770，1.7992，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否10，0.5375，1.7193，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否11，0.4466，1.6676，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否12，0.3812，1.6107，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否13，0.3310，1.5464，否14.782，1.2500，否10.369，1.2500，否注1：SATWE軟件在進行“地震剪力與地震層間位移比”的計算時“地下室信息”中的“回填土對地下室約束相對剛度比”里的值填“0”；注2：在SATWE軟件中沒有單獨定義薄弱層層數(shù)及相應的層號；注3：本算例主要用于說明三種剛度比在SATWE軟件中的實現(xiàn)過程，對結(jié)構(gòu)方案的合理性不做討論。計算結(jié)果分析按不同方法計算剛度比，其薄弱層的判斷結(jié)果不同。設計人員在SATWE軟件的“調(diào)整信息”中應指定轉(zhuǎn)換層第六層薄弱層層號。指定薄弱層層號并不影響程序?qū)ζ渌∪鯇拥淖詣优袛?。當轉(zhuǎn)換層設置在3層及3層以上時，高規(guī)還規(guī)定其樓層側(cè)向剛度比不應小于相鄰上部樓層的60。這一項SATWE軟件并沒有直接輸出結(jié)果，需要設計人員根據(jù)程序輸出的每層剛度單獨計算。例如本工程計算結(jié)果如下：1.3433107（1.4179107）94.74>60滿足規(guī)范要求。地下室頂板能否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端的判斷：a）采用地震剪力與地震層間位移比4.7283107（1.7251107）2.742地下室頂板能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端b）采用剪切剛度比11.444107（9.0995107）1.252地下室頂板不能夠作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端SATWE軟件計算剪彎剛度時，H1的取值范圍包括地下室的高度，H2則取等于小于H1的高度。這對于希望H1的值取自0.00以上的設計人員來說，或者將地下室去掉，重新計算剪彎剛度，或者根據(jù)程序輸出的剪彎剛度，人工計算剛度比。以本工程為例，H1從0.00算起，采用剛度串模型，計算結(jié)果如下：轉(zhuǎn)換層所在層號為6層（含地下室），轉(zhuǎn)換層下部起止層號為36，H1=21.9m，轉(zhuǎn)換層上部起止層號為713，H2=21.0m.K1=1/（1/6.0967+1/6.9007+1/6.9221+1/4.3251）107=1.4607107K2=1/（1/11.145+1/11.247+1/10.369）107=1.51321071=1/K1 ；2=1/K2則剪彎剛度比e=（1H2）/（2H1）=0.9933（六）關于三種剛度比性質(zhì)的探討地震剪力與地震層間位移比：是一種與外力有關的計算方法。規(guī)范中規(guī)定的ui不僅包括了地震力產(chǎn)生的位移，還包括了用于該樓層的傾覆力矩Mi產(chǎn)生的位移和由于下一層的樓層轉(zhuǎn)動而引起的本層剛體轉(zhuǎn)動位移。剪切剛度：其計算方法主要是剪切面積與相應層高的比，其大小跟結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的剪切面積和層高密切相關。但剪切剛度沒有考慮帶支撐的結(jié)構(gòu)體系和剪力墻洞口高度變化時所產(chǎn)生的影響。剪彎剛度：實際上就是單位力作用下的層間位移角，其剛度比也就是層間位移角之比。它能同時考慮剪切變形和彎曲變形的影響，但沒有考慮上下層對本層的約束。三種剛度的性質(zhì)完全不同，它們之間并沒有什么必然的聯(lián)系，也正因為如此，規(guī)范賦予了它們不同的適用范圍。