【學(xué)員問題】限制建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的計(jì)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(yán)重的破壞。國內(nèi)一些振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果也表明，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。對(duì)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需從兩個(gè)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(jì)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(jí)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(jí)。

　　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(dòng)為主的第一自振周期`T_1`之比。當(dāng)兩者接近時(shí)，由于振動(dòng)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(dòng)為主的第一自振周期T，之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9，B級(jí)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(shí)，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(dòng)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(dòng)的主方向，可通過計(jì)算振型方向因子來判斷。在兩個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成的三個(gè)方向因子中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向因子大于0.5時(shí)，則該振型可認(rèn)為是扭轉(zhuǎn)為主的振型。

　　多高層建筑結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算若周期比`T_1`/`T_1`.小于0.5，則相對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)θr/υ。一般較小（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(dá)到0.7r，其相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值亦僅為0.2.而當(dāng)周期比`T_1`/`T_1`.大于0.85以后，相對(duì)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(dāng)周期比`T_1`/`T_1`等于0.85時(shí)，相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值可達(dá)0.25；當(dāng)周期比`T_1`/`T_1`接近1時(shí)，相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形θr/υ值可達(dá)0.5.由此可見，抗震設(shè)計(jì)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(dòng)為主的平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)混合振型（其平動(dòng)振動(dòng)系數(shù)為0.90，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系數(shù)為0.10），結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)振動(dòng)為主的第一自振周期T，與平動(dòng)振動(dòng)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(jí)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(jì)中應(yīng)用的多數(shù)計(jì)算分析方法和計(jì)算機(jī)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(duì)于大多數(shù)工程來說是可以接受的。但當(dāng)樓板有大的凹人、大的開洞時(shí)，樓板在平面內(nèi)削弱過大，樓板產(chǎn)生顯著的變形，這時(shí)剛性樓板的假定不再適用，要采用考慮樓板變形影響的計(jì)算方法和相應(yīng)的計(jì)算程序�？紤]樓板的實(shí)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(jìn)行計(jì)算。

　�。�4）級(jí)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(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算；

　　2）抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭藕連計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不應(yīng)小于15，對(duì)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(jì)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(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算；

　　4）宜采用彈塑性靜力或動(dòng)力分析方法驗(yàn)算薄弱層彈塑性變形。

　　5）對(duì)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(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)；結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析應(yīng)符合《高規(guī)》第5.1.13條的規(guī)定，并應(yīng)對(duì)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(shí)際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。