【學(xué)員問(wèn)題】限制建筑結構不規則性的計算方法？

　　【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，平面不規則、質(zhì)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(dòng)臺模型試驗結果也表明，扭轉效應會(huì )導致結構的嚴重破壞。對結構的扭轉效應需從兩個(gè)方面加以限制：

　�。�1）限制結構平面布置的不規則性，避免產(chǎn)生過(guò)大的偏心而導致結構產(chǎn)生較大的扭轉效應。規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(jiàn)（高規》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(guān)鍵是限制結構扭轉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。當兩者接近時(shí)，由于振動(dòng)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(dòng)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(mǎn)足以上要求時(shí)，宜調整抗側力結構的布置，增大結構的抗扭剛度。如在滿(mǎn)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(dòng)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(dòng)的主方向，可通過(guò)計算振型方向因子來(lái)判斷。在兩個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉動(dòng)構成的三個(gè)方向因子中，當轉動(dòng)方向因子大于0.5時(shí)，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(dòng)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(zhì)心距離為回轉半徑處的位移，υ為質(zhì)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(shí)，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(shí)，相對扭轉變形θr/υ值可達0.5.由此可見(jiàn)，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(dòng)為主的平動(dòng)與扭轉混合振型（其平動(dòng)振動(dòng)系數為0.90，扭轉振動(dòng)系數為0.10），結構以扭轉振動(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》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(wú)限大，這對于大多數工程來(lái)說(shuō)是可以接受的。但當樓板有大的凹人、大的開(kāi)洞時(shí)，樓板在平面內削弱過(guò)大，樓板產(chǎn)生顯著(zhù)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算方法和相應的計算程序�？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(jiǎn)化方法，也可以將樓板劃分為單元后采用有限單元法

　　進(jìn)行計算。

　�。�4）級高度的高層建筑結構和《高規》第10章規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(gè)不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進(jìn)行整體內力位移計算；

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

　　3）應采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補充計算；

　　4）宜采用彈塑性靜力或動(dòng)力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。

　　5）對豎向不規則的高層建筑結構，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，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；結構的計算分析應符合《高規》第5.1.13條的規定，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。

　　以上內容均根據學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請及時(shí)溝通、指正。