【學(xué)員問題】限制建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的計算方法？

　　【解答】結(jié)構(gòu)平面布置要限制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。國內(nèi)、外歷次大地震震害表明，平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心和抗扭剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在地震中受到嚴重的破壞。國內(nèi)一些振動臺模型試驗結(jié)果也表明，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴重破壞。對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需從兩個方面加以限制：

　　（1）限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。規(guī)定單向地震作用扭轉(zhuǎn)變形的計算應(yīng)考慮偶然偏心的影響（詳見（高規(guī)》第3.3.3條），樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍B級。

　　高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。

　　（2）限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。關(guān)鍵是限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期`T_1`與平動為主的第一自振周期`T_1`之比。當兩者接近時，由于振動藕連的影響，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯增大。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T：與平動為主的第一自振周期T，之比，A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85o

　　不滿足以上要求時，宜調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置，增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。如在滿足層間位移比的情況下，減小某些（中部）豎向構(gòu)件剛度，增大平動周期，加大端部豎向構(gòu)件抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)周期。

　　扭轉(zhuǎn)禍聯(lián)振動的主方向，可通過計算振型方向因子來判斷。在兩個平動和一個轉(zhuǎn)動構(gòu)成的三個方向因子中，當轉(zhuǎn)動方向因子大于0.5時，則該振型可認為是扭轉(zhuǎn)為主的振型。

　　多高層建筑結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算若周期比`T_1`/`T_1`.小于0.5，則相對扭轉(zhuǎn)振動效應(yīng)θr/υ。一般較�。�θ，r分別為扭轉(zhuǎn)角和結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑。θr表示由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離質(zhì)心距離為回轉(zhuǎn)半徑處的位移，υ為質(zhì)心位移），即使結(jié)構(gòu)的剛度偏心很大，偏心距。達到0.7r，其相對扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值亦僅為0.2.而當周期比`T_1`/`T_1`.大于0.85以后，相對扭振效應(yīng)θr/υ值急劇增加。即使剛度偏心很小，偏心距e僅為0.1r，當周期比`T_1`/`T_1`等于0.85時，相對扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值可達0.25；當周期比`T_1`/`T_1`接近1時，相對扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值可達0.5.由此可見，抗震設(shè)計中應(yīng)采取措施減小周期比`T_1`/`T_1`值，使結(jié)構(gòu)具有必要的抗扭剛度。

　　從表中還可以看出，結(jié)構(gòu)的第一振型是以平動為主的平動與扭轉(zhuǎn)混合振型（其平動振動系數(shù)為0.90，扭轉(zhuǎn)振動系數(shù)為0.10），結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)振動為主的第一自振周期T，與平動振動為主的第一自振周期`T_1`之比為`T_1`/`T_1`=4.929/1.210=0.768，符合《高規(guī)》第4.3.5條A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9的要求。

　�。�3）目前在工程設(shè)計中應(yīng)用的多數(shù)計算分析方法和計算機軟件，都假定樓板在平面內(nèi)不變形，平面內(nèi)剛度為無限大，這對于大多數(shù)工程來說是可以接受的。但當樓板有大的凹人、大的開洞時，樓板在平面內(nèi)削弱過大，樓板產(chǎn)生顯著的變形，這時剛性樓板的假定不再適用，要采用考慮樓板變形影響的計算方法和相應(yīng)的計算程序�？紤]樓板的實際剛度可以采用將樓板等效為受彎水平梁的簡化方法，也可以將樓板劃分為單元后采用有限單元法

　　進行計算。

　�。�4）級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)和《高規(guī)》第10章規(guī)定的復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)符合下列要求：

　　1）應(yīng)采用至少兩個不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進行整體內(nèi)力位移計算；

　　2）抗震計算時，宜考慮平扭藕連計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)小于15，對多塔樓結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍，且計算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%；

　　3）應(yīng)采用彈性時程分析法進行補充計算；

　　4）宜采用彈塑性靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。

　　5）對豎向不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)，包括某樓層抗側(cè)剛度小于其上一層的70%或小于其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，或結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力小于其上一層的80%，或某樓層豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，其薄弱層對應(yīng)于地震作用標準值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)；結(jié)構(gòu)的計算分析應(yīng)符合《高規(guī)》第5.1.13條的規(guī)定，并應(yīng)對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。

　　以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。