【学员问题】限制建筑结构不规则性的计算方法？

　　【解答】结构平面布置要限制结构的扭转效应。国内、外历次大地震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。对结构的扭转效应需从两个方面加以限制：

　　（1）限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。规定单向地震作用扭转变形的计算应考虑偶然偏心的影响（详见（高规》第3.3.3条），楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍B级。

　　高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

　　（2）限制结构的抗扭刚度不能太弱。关键是限制结构扭转为主的第一自振周期`T_1`与平动为主的第一自振周期`T_1`之比。当两者接近时，由于振动藕连的影响，结构的扭转效应明显增大。结构扭转为主的第一自振周期T：与平动为主的第一自振周期T，之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85o

　　不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。

　　扭转祸联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。

　　多高层建筑结构，经计算若周期比`T_1`/`T_1`.小于0.5，则相对扭转振动效应θr/υ。一般较小（θ，r分别为扭转角和结构的回转半径。θr表示由于扭转产生的离质心距离为回转半径处的位移，υ为质心位移），即使结构的刚度偏心很大，偏心距。达到0.7r，其相对扭转变形θr/υ值亦仅为0.2.而当周期比`T_1`/`T_1`.大于0.85以后，相对扭振效应θr/υ值急剧增加。即使刚度偏心很小，偏心距e仅为0.1r，当周期比`T_1`/`T_1`等于0.85时，相对扭转变形θr/υ值可达0.25；当周期比`T_1`/`T_1`接近1时，相对扭转变形θr/υ值可达0.5.由此可见，抗震设计中应采取措施减小周期比`T_1`/`T_1`值，使结构具有必要的抗扭刚度。

　　从表中还可以看出，结构的第一振型是以平动为主的平动与扭转混合振型（其平动振动系数为0.90，扭转振动系数为0.10），结构以扭转振动为主的第一自振周期T，与平动振动为主的第一自振周期`T_1`之比为`T_1`/`T_1`=4.929/1.210=0.768，符合《高规》第4.3.5条A级高度高层建筑不应大于0.9的要求。

　　（3）目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算机软件，都假定楼板在平面内不变形，平面内刚度为无限大，这对于大多数工程来说是可以接受的。但当楼板有大的凹人、大的开洞时，楼板在平面内削弱过大，楼板产生显著的变形，这时刚性楼板的假定不再适用，要采用考虑楼板变形影响的计算方法和相应的计算程序。考虑楼板的实际刚度可以采用将楼板等效为受弯水平梁的简化方法，也可以将楼板划分为单元后采用有限单元法

　　进行计算。

　　（4）级高度的高层建筑结构和《高规》第10章规定的复杂高层建筑结构，应符合下列要求：

　　1）应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算；

　　2）抗震计算时，宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%；

　　3）应采用弹性时程分析法进行补充计算；

　　4）宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。

　　5）对竖向不规则的高层建筑结构，包括某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%，或某楼层竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数；结构的计算分析应符合《高规》第5.1.13条的规定，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。

　　以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。