【學員問題】限制建筑結構不規(guī)則性的計算方法？

　　【解答】結構平面布置要限制結構的扭轉效應。國內、外歷次大地震震害表明，平面不規(guī)則、質量與剛度偏心和抗扭剛度太弱的結構，在地震中受到嚴重的破壞。國內一些振動臺模型試驗結果也表明，扭轉效應會導致結構的嚴重破壞。對結構的扭轉效應需從兩個方面加以限制：

　�。�1）限制結構平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過大的偏心而導致結構產(chǎn)生較大的扭轉效應。規(guī)定單向地震作用扭轉變形的計算應考慮偶然偏心的影響（詳見（高規(guī)》第3.3.3條），樓層豎向構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，不應大于該樓層平均值的1.5倍B級。

　　高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。

　�。�2）限制結構的抗扭剛度不能太弱。關鍵是限制結構扭轉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，結構的扭轉效應明顯增大。結構扭轉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大于0.9，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85o

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

　　扭轉禍聯(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動構成的三個方向因子中，當轉動方向因子大于0.5時，則該振型可認為是扭轉為主的振型。

　　多高層建筑結構，經(jīng)計算若周期比`T_1`/`T_1`.小于0.5，則相對扭轉振動效應θr/υ。一般較�。�θ，r分別為扭轉角和結構的回轉半徑。θr表示由于扭轉產(chǎn)生的離質心距離為回轉半徑處的位移，υ為質心位移），即使結構的剛度偏心很大，偏心距。達到0.7r，其相對扭轉變形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，相對扭轉變形θr/υ值可達0.5.由此可見，抗震設計中應采取措施減小周期比`T_1`/`T_1`值，使結構具有必要的抗扭剛度。

　　從表中還可以看出，結構的第一振型是以平動為主的平動與扭轉混合振型（其平動振動系數(shù)為0.90，扭轉振動系數(shù)為0.10），結構以扭轉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大于0.9的要求。

　�。�3）目前在工程設計中應用的多數(shù)計算分析方法和計算機軟件，都假定樓板在平面內不變形，平面內剛度為無限大，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構和《高規(guī)》第10章規(guī)定的復雜高層建筑結構，應符合下列要求：

　　1）應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算；

　　2）抗震計算時，宜考慮平扭藕連計算結構的扭轉效應，振型數(shù)不應小于15，對多塔樓結構的振型數(shù)不應小于塔樓數(shù)的9倍，且計算振型數(shù)應使振型參與質量不小于總質量的90%；

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

　　以上內容均根據(jù)學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。