結構設計中，設計師需要根據規(guī)范的相關要求，應用軟件計算結果，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。
但是有些結構的剛度比計算還需要特殊的模型處理或者結果需要手工校核，設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“相關范圍”的模型，是否考慮剛性樓板假定無關;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要求。
剪彎剛度的使用，只有對高位轉換結構轉換層下部與轉換層上部結構的剛度比計算時，才用到該剛度及剛度比的比值。
高規(guī)附錄E.0.3對高位轉換結構轉換層下部與上部結構的剪彎剛度比要求如下圖24所示。
圖24 高位轉換結構轉換層下部與上部的
（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，若指定該結構體系為框支轉換結構，并且執(zhí)行轉換層所在的層號為3，如圖25所示，由于地下室層數為0，則程序可自動判斷該結構為高位轉換結構，其轉換層下部結構與轉換層上部結構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（一般結構不輸出該指標），輸出結果如圖26所示。
圖25 定義結構體系及指定轉換層所在層號
圖26轉換層下部與轉換層上部的結構剛度比輸出
按照高規(guī)附錄E.0.3手工校核轉換層下部與轉換層上部結構的剛度比。
轉換層下部的高度為3層，高度為5.4+4.2+4.2=13.8m，轉換層上部的高度取接近但小于等于轉換層下部高度的樓層，取轉換層上部的高度為2層，高度為4.2+7=11.2m<13.8m。
轉換層下部的剛度，
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；
手工校核結果與軟件計算結果一致。
結構設計中對于剪彎剛度的使用，只有這一種情況下，即只有在高位轉換結構下才有需要驗算，軟件會根據定義的框支轉換結構及轉換層所在的層號自動判斷是否是高位轉換結構，并自動輸出轉換層下部結構與轉換層上部結構的剪彎剛度比。在剪彎剛度菜單下，軟件也輸出了每一層的剪彎剛度比，該處用的是轉換層下部及上部幾層的剪彎剛度。
低位轉換結構的剪切剛度比
（1）規(guī)范對層剪力與層間位移的剛度比相關要求。
高規(guī)附錄E.0.1對于轉換層設置在1，2層的結構（低位轉換結構），其轉換層樓層剛度比的控制不按照類似一般結構的樓層剪力比層間位移的剛度比結果進行控制，而是按照剪切剛度進行剛度比的控制，如圖27所示。
圖27 低位轉換結構轉換層與相鄰上層的剛度比控制
也就是說對低位轉換結構，轉換層與相鄰上層的剛度比要按照剪切剛度控制，但是低位轉換結構其他樓層的剛度比還是要按照正常結構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）對轉換結構樓層剪切剛度比的輸出及校核。
如果指定結構為“部分框支轉換結構”，指定“轉換層所在的層號”及“地下室層數”，如圖28所示，軟件根據轉換層所在的層號減去地下室層數，判斷該結構是否是低位轉換結構，如果是低位轉換結構，程序對于轉換層與相鄰上層的剛度比就使用剪切剛度去判斷。
圖28 部分框支轉換結構及轉換層層號指定
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
由于該結構轉換層所在層號為2，屬于低位轉換結構，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構的剛度比（層剪力/層間位移剛度）進行控制。
圖30所示為軟件識別結構為低位轉換后，輸出的轉換層下部與轉換層上部結構的剛度比，結果中有轉換層與轉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 低位轉換轉換層與轉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。而此處對低位轉換結構的剛度比要求是轉換層與轉換層上層的剪切剛度比。
圖31 低位轉換結構輸出的樓層剪切剛度及剛度比
高位轉換結構的層剪力比層間位移剛度比
（1）規(guī)范對高位轉換結構樓層剪力與位移的剛度比的相關要求。
高規(guī)附錄E.0.2對于轉換層設置在2層以上的結構（高位轉換結構），其轉換層樓層剛度比的控制不按照類似一般結構的樓層剪力比層間位移的剛度比結果進行控制，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 高位轉換結構轉換層與上層的剛度比要求
也就是說對高位轉換結構，轉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；但是高位轉換結構其他樓層的剛度比還是要按照正常結構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）對高位轉換結構樓層剪力與位移的剛度比輸出及校核。
如果指定結構為“部分框支轉換結構”，指定“轉換層所在的層號”及“地下室層數”，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。但對轉換層即第三層的剛度比需要設計師自己手工校核再進行控制，軟件沒有默認輸出。
圖33 高位轉換結構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都是按照本層側移剛度與相鄰上層側移剛度的70%或與上三層平均值的80%比值中的較小值，因此，在判斷高位轉換結構轉換層與其上層剛度比的時候不能直接看該結果，應該人為手工校核該層剛度比。
手工校核高位轉換結構第三層（轉換層）的剛度比（轉換層層剪力/層間位移計算的剛度與轉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)范要求該轉換層與轉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)建設部在2015年印發(fā)了《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》，其中對于超限結構的認知，如圖34所示，也要求進行剛度比的控制，本層側向剛度小于相鄰上層的50%時，屬于層剛度偏小。
圖34 超限結構中的層剛度比控制
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；
結構本層側向剛度不小于相鄰上層的50%，該樓層不判斷為層剛度偏小。
關于結構設計中各種剛度比的總結
結構設計中，需按規(guī)范的要求，根據不同的結構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范圍，該值計算與土約束無關，與有無樓板也無關。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，還需要滿足相關構造要求，如地下室相關范圍采用梁板體系，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%。-般盡量保證結構在地下室頂板嵌固，如果當地下室頂板不滿足嵌固條件，嵌固段下移，嵌固端宜放在地下室的底板。
(2)對框架結構剛度比的控制，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)對于非框架結構(框剪結構、剪力墻結構、框筒結構等)，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構按抗規(guī)與高規(guī)從嚴控制，設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)對低位轉換結構(1-2層的轉換結構)，轉換層的剛度比要求，是要求轉換層與轉換層.上層的剪切剛度比宜接近1，對于其他非轉換樓層的剛度比仍然按照正常非框架結構的樓層剪力/層間位移的剛度比進行控制。轉換層的與.上層的剪切剛度比軟件自動輸出。
(5)對高位轉換結構(轉換層在2層以上的轉換結構)，轉換層的剛度比要求，是要求轉換層與轉換層上層的樓層剪力/層間位移的剛度比大于0.6，對于其他非轉換樓層的剛度比仍然按照正常非框架結構的樓層剪力/層間位移的剛度比進行控制。另外對高位轉換結構還需要控制轉換層下部與轉換層上部的剪彎剛度比宜接近1，不應小于0.8。轉換層樓層剪力/層間位移的剛度比，需要設計師手工計算，軟件未自動輸出。
(6) 《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》中對于超限結構的確定，要求進行剛度比的控制，本層側向剛度小于相鄰.上層的50%時，該比值采用樓層剪力/層間位移計算，結果也需要設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，對于非框架結構剛度比的控制，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%。如果設計中帶有地下室整體分析設計，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)行結構最底部樓層按照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。設計中對于帶地下室的非框架結構，要判斷結構首層是否是薄弱層，在整體分析模型的基礎上，-定要有一個去掉地下室的模型，用該模型的計算結果去判斷首層與，上層的剛度比是否大于150%來判斷首層是否是薄弱層。
設計中可以便捷的使用PKPM軟件中的“有無地下室包絡設計"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計中的控制。
