浅谈结构设计中需要控制的目标参数
――结构软件计算中确定目标参数的方法
在多层、高层的结构设计中，设计人员首先需要确定建筑结构中的各项指标，这就要求设计人员对所要设计的建筑项目有着清晰深入的了解和分析，尤其是在计算中所需要控制的目标参数。
设计人员根据国家规范的具体规定、计算软件对参数定义的要求以及建筑工程的实际特点，对各个目标参数进行正确设置。其中有几个参数关系到整体计算结果，必须预先判断其合理取值，并在后续的计算中确定其准确取值，这样做是为了准确的控制结构的整体性，这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本自振周期等。
1．振型组合数
振型组合数是在做抗震计算时考虑振型的数量。该组合数的取值如果太小，则不能正确反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失效；如果取值太大，有可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（简称“高规”）5.1.13-2条规定[1]，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。一般来说，振型组合数的多少同结构的层数及自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，例如存在有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。所以振型组合数的选取应使振型参与质量达到总质量的90%，即x，y向的有效质量系数应大于0.9。具体操作是，首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后，考察计算后所得的有效质量系数是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型个数，直到x、y两个方向的有效质量系数都大于0.9为止。
需要注意的是：结构的振型组合数最大值不能超过结构的总自由度数，如果所选振型数大于结构固有的振型总数，则会造成计算出来的地震力异常；对于进行藕联计算的结构，所选振型数应大于9个，多塔结构应更多，其值应取3的倍数；对采用刚性板假定的单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的3倍，如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。
对于主振型的判断：刚度均匀的结构，在考虑扭转藕联计算时，一般说来，前两个或者前几个是主振型；对于刚度不均匀的复杂结构来说，应根据各个振型的基底剪力值判断哪个是X向或Y向的主振型，同时能了解到每个振型对基底剪力值的作用大小。
2．地震力、风荷载作用方向
地震力、风荷载作用方向是指地震荷载沿着不同方向作用，结构反映的大小也各不相同，其中存在某个角度是使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发现该角度绝对值大于15度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响；对于有斜交抗侧力构件的结构，当相交角大于15度时，应分别计算各抗力构件的水平地震力，此处所指交角是指与设计输入时所选坐标系的夹角；对于主体结构中存在有斜向布置的梁、柱时，也要分别计算各抗力构件的水平地震力。
3．结构基本自振周期
结构基本自振周期是结构的基本特征，只和结构的刚度和质量分布有关，该处设置基本周期，是为了计算一些荷载时使用的。因此待振型分析后取第一自振周期就是结构基本周期。结构基本自振周期：设计程序给出的隐含值是按《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]的附录B的公式B.0.2计算的。根据附录E中的详细说明和计算方法可以随意估算一个，待振型分析后，再更新计算一次。脉动增大系数ξ与结构的基本周期有关(WoT12)，结构的基本周期可采用结构力学方法计算，对于比较规则的结构，也可以采用以下近似方法计算：
框架结构 T=（0.08-1.00）N
框剪结构、框筒结构 T=（0.06-0.08）N
剪力墙结构、筒中筒结构 T=（0.05-0.06）N （其中N为结构层数）
结构设计的难点在于确定整体结构的合理性，即竖向承重构件（柱、剪力墙等）的合理布置。整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调的内容。设计过程中需要控制结构整体性的目标参数主要有：轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、层间受剪承载力之比、有效质量比等。
3.1轴压比
轴压比主要是为控制结构的延性，规范对墙肢和柱均有相应限值要求，见建筑抗震设计规范（简称“抗规”）6.3.7和6.4.6[2]。
3.1.1 柱轴压比
表1 柱轴压比
结 构 类 型 抗 震 等 级
一 二 三
框 架 0.70 0.80 0.90
板柱－剪 框－剪
框－筒 筒－筒 0.75 0.85 0.95
部分框支剪 0.65 0.70 -
注：1 轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值；可不进行地
震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值；
2 表内限值适用于剪跨比大于2、混凝土强度等级不高于C60的柱；剪跨比不大于2的柱轴压比限值应降低0.05；
剪跨比小于1.5的柱，轴压比限值应专门研究并采取特殊构造措施；
3 沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采
用复合螺旋箍、螺旋间距不大于100mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于12mm，或沿柱全高采用连续
复合矩形螺旋箍、螺旋净距不大于80mm、箍筋肢距不大于200mm、直径不小于10mm、轴压比限值均可增加
0.10；上述三种箍筋的配箍特征值均应按增大的轴压比由本节表6.3.12确定；
4 在柱的截面中部附加芯柱，其中另加的纵向钢筋的总面积不少于柱截面面积的0.8%，轴压比限值可增加0.05；
此项措施与注3的措施共同采用时，轴压比限值可增加0.15，但箍筋的配箍特征值仍可按抽压比增加0.10 的要
求确定；
5 Ⅳ类场地上较高的高层建筑框架柱,其轴压比限值应适当加严,柱净高与截面长边尺寸之比小于4时,其轴压比
限值按上述相应数值减小0.05。
6 柱轴压比不应大于1.05。
3.1.2 墙轴压比
表2 剪力墙轴压比
剪力墙轴压比
轴压比 一级（9度） 一级（7、8度） 二级
N/FCA 0.4 0.5 0.6
注：有抗震设计的短肢剪力墙，其各层轴压比分别为0.5、0.6、0.7。