結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計師需要根據(jù)規(guī)范的相關(guān)要求，應(yīng)用軟件計算結(jié)果，控制各類剛度比，如剪切剛度比、剪彎剛度比、層剪力/層間位移的剛度比等。

但是有些結(jié)構(gòu)的剛度比計算還需要特殊的模型處理或者結(jié)果需要手工校核，設(shè)計中并不是將所有的樓層全部建模整體計算控制各類剛度比。比如，對地下室頂板嵌固的剪切剛度比的判斷是要考慮地下一層“相關(guān)范圍”的模型，是否考慮剛性樓板假定無關(guān);但是對樓層剪力/層間位移的剛度比計算需要考慮全樓強制剛性樓板假定等。

本文結(jié)合規(guī)范要求、工程案例及軟件，詳細深入剖析以.上幾種剛度比如何進行計算及在設(shè)計中如何控制。

樓層剪彎剛度比

（1）規(guī)范對剪切剛度比的相關(guān)要求。

剪彎剛度的使用，只有對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層下部與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度比計算時，才用到該剛度及剛度比的比值。

高規(guī)附錄E.0.3對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層下部與上部結(jié)構(gòu)的剪彎剛度比要求如下圖24所示。

圖24 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層下部與上部的

（2）對剪彎剛度比的輸出及校核。

對圖13砍掉地下室的模型進行計算時，若指定該結(jié)構(gòu)體系為框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，并且執(zhí)行轉(zhuǎn)換層所在的層號為3，如圖25所示，由于地下室層數(shù)為0，則程序可自動判斷該結(jié)構(gòu)為高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)剛度比的輸出就會按照E.0.3進行計算。程序才會輸出該項（一般結(jié)構(gòu)不輸出該指標），輸出結(jié)果如圖26所示。

圖25 定義結(jié)構(gòu)體系及指定轉(zhuǎn)換層所在層號

圖26轉(zhuǎn)換層下部與轉(zhuǎn)換層上部的結(jié)構(gòu)剛度比輸出

按照高規(guī)附錄E.0.3手工校核轉(zhuǎn)換層下部與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度比。

轉(zhuǎn)換層下部的高度為3層，高度為5.4+4.2+4.2=13.8m，轉(zhuǎn)換層上部的高度取接近但小于等于轉(zhuǎn)換層下部高度的樓層，取轉(zhuǎn)換層上部的高度為2層，高度為4.2+7=11.2m<13.8m。

轉(zhuǎn)換層下部的剛度，

X方向為：3.76E+07(kN/m)；

Y方向為：4.26E+07(kN/m)；

轉(zhuǎn)換層上部的剛度，

X方向為：5.27E+07(kN/m)；

Y方向為：6.75E+07(kN/m)；

則轉(zhuǎn)換層下部與上部的剛度比：

X方向為：（3.76/5.27）*（13.8/11.2）=0.879≈0.88；

Y方向為：（4.26/6.75）*（13.8/11.2）=0.778≈0.78；

手工校核結(jié)果與軟件計算結(jié)果一致。

結(jié)構(gòu)設(shè)計中對于剪彎剛度的使用，只有這一種情況下，即只有在高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)下才有需要驗算，軟件會根據(jù)定義的框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換層所在的層號自動判斷是否是高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，并自動輸出轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剪彎剛度比。在剪彎剛度菜單下，軟件也輸出了每一層的剪彎剛度比，該處用的是轉(zhuǎn)換層下部及上部幾層的剪彎剛度。

低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的剪切剛度比

（1）規(guī)范對層剪力與層間位移的剛度比相關(guān)要求。

高規(guī)附錄E.0.1對于轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1，2層的結(jié)構(gòu)（低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)），其轉(zhuǎn)換層樓層剛度比的控制不按照類似一般結(jié)構(gòu)的樓層剪力比層間位移的剛度比結(jié)果進行控制，而是按照剪切剛度進行剛度比的控制，如圖27所示。

圖27 低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層與相鄰上層的剛度比控制

也就是說對低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層與相鄰上層的剛度比要按照剪切剛度控制，但是低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)其他樓層的剛度比還是要按照正常結(jié)構(gòu)的層剪力與層間位移計算的剛度控制剛度比，仍然要按照Rat1與Rat2取較小值從嚴控制。

（2）對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度比的輸出及校核。

如果指定結(jié)構(gòu)為“部分框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)”，指定“轉(zhuǎn)換層所在的層號”及“地下室層數(shù)”，如圖28所示，軟件根據(jù)轉(zhuǎn)換層所在的層號減去地下室層數(shù)，判斷該結(jié)構(gòu)是否是低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，如果是低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，程序?qū)τ谵D(zhuǎn)換層與相鄰上層的剛度比就使用剪切剛度去判斷。

圖28 部分框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換層層號指定

計算完畢輸出的樓層剪力比樓層位移的剛度比如下圖29所示。

圖29 樓層剪力比層間位移的剛度比

由于該結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層所在層號為2，屬于低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，對于第二層的剛度比控制不能按照圖29的要求進行控制，需按高規(guī)附錄E.0.1要求的剪切剛度比控制。其他樓層剛度比還是按正常一般結(jié)構(gòu)的剛度比（層剪力/層間位移剛度）進行控制。

圖30所示為軟件識別結(jié)構(gòu)為低位轉(zhuǎn)換后，輸出的轉(zhuǎn)換層下部與轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度比，結(jié)果中有轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層上層的剪切剛度比，如果該比值小于1，代表剛度比超限，軟件會顯紅提示超限。按照規(guī)范要求，該比值宜接近1。

圖30 低位轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層上層的剪切剛度比

注意：軟件同時也輸出了所有樓層的剪切剛度及剛度比，如圖31所示，但是該圖中的剪切剛度是本層與下層的剪切剛度比。而此處對低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的剛度比要求是轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層上層的剪切剛度比。

圖31 低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)輸出的樓層剪切剛度及剛度比

高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的層剪力比層間位移剛度比

（1）規(guī)范對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層剪力與位移的剛度比的相關(guān)要求。

高規(guī)附錄E.0.2對于轉(zhuǎn)換層設(shè)置在2層以上的結(jié)構(gòu)（高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)），其轉(zhuǎn)換層樓層剛度比的控制不按照類似一般結(jié)構(gòu)的樓層剪力比層間位移的剛度比結(jié)果進行控制，而是按高規(guī)3.5.2-1要求的層剪力比層間位移的剛度進行剛度比的控制，如圖32所示。

圖32 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層與上層的剛度比要求

也就是說對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層與相鄰上層的剛度比僅僅按照3.5.2-1樓層剪力與層間位移的剛度控制，即僅僅控制Rat1即可；但是高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)其他樓層的剛度比還是要按照正常結(jié)構(gòu)的層剪力與層間位移計算的剛度控制剛度比，仍然要按照Rat1與Rat2取較小值從嚴控制。

（2）對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層剪力與位移的剛度比輸出及校核。

如果指定結(jié)構(gòu)為“部分框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)”，指定“轉(zhuǎn)換層所在的層號”及“地下室層數(shù)”，如前圖25所示，軟件會輸出“樓層剪力比層間位移剛度”，如圖33所示，其中除轉(zhuǎn)換層外，其他樓層的剛度比都按照該圖輸出的剛度比進行控制。但對轉(zhuǎn)換層即第三層的剛度比需要設(shè)計師自己手工校核再進行控制，軟件沒有默認輸出。

圖33 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)樓層剪力比層間位移剛度比

按照高規(guī)附錄E.0.2的要求，是控制轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的層間力與層間位移的剛度比，而圖33中輸出的Ratx1及Raty1都是按照本層側(cè)移剛度與相鄰上層側(cè)移剛度的70%或與上三層平均值的80%比值中的較小值，因此，在判斷高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層與其上層剛度比的時候不能直接看該結(jié)果，應(yīng)該人為手工校核該層剛度比。

手工校核高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)第三層（轉(zhuǎn)換層）的剛度比（轉(zhuǎn)換層層剪力/層間位移計算的剛度與轉(zhuǎn)換層相連上層層剪力/層間位移計算的剛度）：

第三層X方向的剛度比：6.22/5.25=1.185>0.6；

第三層Y方向的剛度比：1.2*10/9.58=1.253>0.6；

按照規(guī)范要求該轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層上層的剛度比均大于0.6，滿足規(guī)范要求。

超限審查中的樓層剛度比

住房城鄉(xiāng)建設(shè)部在2015年印發(fā)了《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》，其中對于超限結(jié)構(gòu)的認知，如圖34所示，也要求進行剛度比的控制，本層側(cè)向剛度小于相鄰上層的50%時，屬于層剛度偏小。

圖34 超限結(jié)構(gòu)中的層剛度比控制

該剛度比的控制計算是要按照圖33輸出的“層剪力/層間位移計算的剛度”來控制剛度比，該要求的指標控制需要設(shè)計師進行手工校核。

比如，第二層的剛度比計算：

X方向剛度比：6.22/5.25=1.185>0.5；

Y方向剛度比：1.2*10/9.58=1.253>0.5；

結(jié)構(gòu)本層側(cè)向剛度不小于相鄰上層的50%，該樓層不判斷為層剛度偏小。

關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計中各種剛度比的總結(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需按規(guī)范的要求，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)體系進行各項剛度比的計算與控制。需要注意以下幾點:

(1)對于地下室頂板能否作為嵌固端的剛度比控制，采用剪切剛度，計算時的模型需要帶地下室的相關(guān)范圍，該值計算與土約束無關(guān)，與有無樓板也無關(guān)。但地

下室頂板作為嵌固端時，不僅僅滿足剪切剛度比的要求，還需要滿足相關(guān)構(gòu)造要求，如地下室相關(guān)范圍采用梁板體系，混凝土不宜小于C30，板厚不宜小于180mm，雙層雙向配筋，最小配筋率不小于0.25%。-般盡量保證結(jié)構(gòu)在地下室頂板嵌固，如果當?shù)叵率翼敯宀粷M足嵌固條件，嵌固段下移，嵌固端宜放在地下室的底板。

(2)對框架結(jié)構(gòu)剛度比的控制，按抗規(guī)或高規(guī)控制均-致，均控制層剪力/層間位移的剛度，僅控制Ratx 1及Raty1滿足要求即可。

(3)對于非框架結(jié)構(gòu)(框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)等)，按抗規(guī)與按高規(guī)控制剛度比的要求是不同的，軟件中當前默認對非框架結(jié)構(gòu)按抗規(guī)與高規(guī)從嚴控制，設(shè)計師可以選擇按抗規(guī)或按高規(guī)進行剛度比控制。但是需要注意的是對于按高規(guī)考慮層高修正的剛度比Ratx2及Raty2在軟件新版計算書與舊版計算書wmass. out中輸出的結(jié)果是不同的，新版計算書中Rat2比值沒有考慮90%，110%及150% ;舊版計算書的剛度比已經(jīng)考慮了90%、110%及 150%，因此在判斷是否是薄弱層時直接與1去比較。

(4)對低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(1-2層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu))，轉(zhuǎn)換層的剛度比要求，是要求轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層.上層的剪切剛度比宜接近1，對于其他非轉(zhuǎn)換樓層的剛度比仍然按照正常非框架結(jié)構(gòu)的樓層剪力/層間位移的剛度比進行控制。轉(zhuǎn)換層的與.上層的剪切剛度比軟件自動輸出。

(5)對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)(轉(zhuǎn)換層在2層以上的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu))，轉(zhuǎn)換層的剛度比要求，是要求轉(zhuǎn)換層與轉(zhuǎn)換層上層的樓層剪力/層間位移的剛度比大于0.6，對于其他非轉(zhuǎn)換樓層的剛度比仍然按照正常非框架結(jié)構(gòu)的樓層剪力/層間位移的剛度比進行控制。另外對高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)還需要控制轉(zhuǎn)換層下部與轉(zhuǎn)換層上部的剪彎剛度比宜接近1，不應(yīng)小于0.8。轉(zhuǎn)換層樓層剪力/層間位移的剛度比，需要設(shè)計師手工計算，軟件未自動輸出。

(6) 《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》中對于超限結(jié)構(gòu)的確定，要求進行剛度比的控制，本層側(cè)向剛度小于相鄰.上層的50%時，該比值采用樓層剪力/層間位移計算，結(jié)果也需要設(shè)計師簡單手工計算得到。

(7)一般情況下，樓層剪力/層間位移的剛度比結(jié)果要在全樓強制剛性樓板假定下計算得到。

(8)尤其需要注意，對于非框架結(jié)構(gòu)剛度比的控制，底部嵌固層控制150%，該比值需要砍掉地下室，在軟件中填寫轉(zhuǎn)換層所在的層號為1,軟件才能對首層是否是薄弱層的剛度比判斷正確的執(zhí)行150%。如果設(shè)計中帶有地下室整體分析設(shè)計，當軟件中填寫嵌固端所在的層號不為1時，所有樓層都不執(zhí)行150% ;但是如果整體計算中，填寫嵌固端所在的層號為1時，程序僅執(zhí)行結(jié)構(gòu)最底部樓層按照150%控制剛度比，此時的最底層剛度比按照150%控制是沒有意義的。設(shè)計中對于帶地下室的非框架結(jié)構(gòu)，要判斷結(jié)構(gòu)首層是否是薄弱層，在整體分析模型的基礎(chǔ)上，-定要有一個去掉地下室的模型，用該模型的計算結(jié)果去判斷首層與，上層的剛度比是否大于150%來判斷首層是否是薄弱層。

設(shè)計中可以便捷的使用PKPM軟件中的“有無地下室包絡(luò)設(shè)計"功能，計算完畢，查看無地下室的模型的首層剛度比。

本文結(jié)合規(guī)范要求、工程案例及軟件，深入剖析了各類剛度比，剪切剛度比、剪彎剛度比、層剪力/層間位移的剛度比等各種剛度比如何分析及設(shè)計中的控制。