浅谈结构的规则性

陈康慈

摘要：浅谈结构的平面不规则和竖向不规则的类型及其判断的方法，并谈谈在实际中根据规范和专项审查细则的规定怎样处理不规则类型的结构。

关键词：平面不规则；竖向不规则；扭转

Abstract：On the structure of irregular plane and vertical irregular type and estimation methods, and to talk about in practice according to the specifications and special review detailed rules how to deal with irregular type structure.

Key words：Irregular plane; Vertical irregularity; Reverse

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

前言:

建筑体型与结构布置的合理是至关重要的。结构上提倡简单对称，在多次的地震灾害的后期调查表明，简单对称的结构的抗震能力较好。然而随着发展，建筑师在设计上的对艺术与美的追求，必然要造成建筑的体型复杂。《建筑抗震设计规范》（以下简称《抗规》）的3.4条和《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称《高规》）的3.4条3.5条都对建筑的规则性进行了相应的判断标准并做出强制性的要求。

平面不规则的主要类型如下：

1、扭转不规则。结构的平面布置应减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层的竖向构件最大的弹性水平位移或（层间位移）和该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值，A级高度高层建筑不宜大于1.2，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不宜大于的1.2，不应大于1.4。当楼层的最大层间位移角不大于楼层最大位移与层高之比的限值的40％时，扭转位移比可适当放松但不应大于1.6。

2、凹凸不规则。平面凹凸尺寸大于相应边长的30%。L/B≤6.0、l/Bmax≤0.35、l/b≤2.0.

3、楼板局部不连接。楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。楼板开洞后，有效楼板宽度小于开洞处楼面宽度的50%，或开洞面积大于该楼面面积的30%；错层大于梁高。

竖向不规则的主要类型如下：

1、侧向刚度不规则，该层侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外、局部收进的水平尺寸大于相邻下一层的25%。A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80％，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65％；B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75％。

2、竖向抗侧力构架不连续。上下墙、柱、支撑不连续。3、楼层承载力突变。抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层楼层的80%。

根据广东省超高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则。当同时具有平面不规则或是竖向不规则的不规则类型超过三项时，则必须进行超限高层建筑抗震设防专项审查。不过广东省超高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则中不规则类型的定义相对结构设计规范的定义有些许变化，并细分了组合平面不规则，和尺寸突变不规则两种类型，当这两项不重复计算不规则项。凹凸不规则和组合平面为同意不规则类型，侧向刚度不规则和尺寸突变为同一不规程类型。在扭转不规则的判断上还特别根据A级高度建筑和B级建筑高度的不同位移角就行了细分，细分为Ⅰ和Ⅱ两种类型。其中Ⅰ类型为0.5个不规则项，Ⅱ类型为1个不规则项。

在实际的结构设计中，竖向抗侧力构架不连续，通常是因为底部或是上部局部的空间需要大空间，所以才出现抗测力构件无法连通形成落地构件，像底部框支剪力墙结构、带转换层结构这类结构都是竖向抗测力构架不连续的结构形式。在实际的设计中凹凸不规则、楼板局部不连接、竖向抗侧力构架不连续和楼层承载力突变更多时候是因为建筑上的设计需要或某些其它因素造成的，如果要调整的话更多的是对建筑设计上的修改。然而从更好的满足建筑设计需求，配合建筑师实现建筑创新和艺术设计的角度上说，是相对比较难以改变的。这需要结构设计人员在前期的建筑方案设计时就应该进行相关的概念设计。通过和建筑师的沟通在最多限度满足各方需求的情况下尽量减少不必要的不规则类型，使建筑结构及安全又经济。

如果碰到结构的体型复杂、平面或是立面不规则时，应根据具体建筑的不规则程度还有地基基础的条件和技术经济等等其它影响因素，通过对其进行比较分析，从而来决定是否需要设置防震缝，如果设置抗震缝时，则需要分别按照下面要求进行设置：首先如果不设置防震缝的时候，则应该采用符合实际建筑结构形式的计算模型，分析判断结构的应力集中和变形集中或者地震扭转效应等等导致的易损部位，并对其采取相应的加强或改善措施。其次如果采用抗震缝把建筑物分隔为结构上平面规则的结构，则应该把防震缝设置在适当部位，可以利用抗震缝把结构分隔使其形成多个相对较为规则的抗侧力结构单元。防震缝的设置则应该根据建筑物的抗震设防烈度还有结构的材料种类、结构的类型、结构单元的高度或者是高差以及有可能的地震扭转效应的各种情况，按照规范上的要求，留设有一定足够的缝宽，以使其两侧的结构上部得到完全的分开。这样就可以减少甚至避免结构的不规则类型的产生了。而且抗震缝两边的结构需要做必要加强处理。结构单元之间或主楼与裙房之间不宜采用牛腿托梁的做法设置防震缝，否则应采取可靠措施。

侧向刚度不规则，很多时候是出现在首层上，虽然在《混凝土结构设计规范》表6.2.20-2中规定现浇楼盖框架结构底层柱长为1.0H、其余层柱长为1.25H。在层高相同的情况下由于首层地面的柱长计算上相对比较短，相对首层侧向刚度比较大。都是实际上首层的建筑高度往往远远大于其余各层的层高。因此为了使侧向刚度的比值不超要求，可以通过加大首层的混凝土强度或是加大首层柱子的截面，来提高首层的侧向刚度。建筑的首层或是建筑的底部一般情况下就是结构的薄弱部位，在这些部位通常会对结构的受力通过放大系数进行放大。如果由于不规则而再对其进行加强，这样会造成结构既不合理。

扭转不规则是结构设计上非常重要的一种不规则类型。对结构的扭转效应主要从两方面加以限制分别为首先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。其次限制结构的抗扭刚度不能太弱。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、超过A级高度的混合结构及复杂高层建筑不应大于0.85。若周期比Tt／Tl小于0.5，则相对扭转振动效应θr／u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，u为质心位移)，即使结构的刚度偏心很大，偏心距e达到0.7r，其相对扭转变形θr／u值亦仅为0.2。而当周期比Tt／Tl大于0.85以后，相对扭振效应θr／u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Tt／Tl等于0.85时，相对扭转变形θr／u值可达0.25；当周期比Tt／Tl接近1时，相对扭转变形θr／u值可达0.5。由此可见，抗震设计中应采取措施减小周期比Tt／Tl值，使结构具有必要的抗扭刚度。

计算扭转不规则的水平地震作用力必须考虑偶然偏心影响对其影响。考虑偶然偏心影响的方法为，偶然偏心距的取值多为0.05L。对于平面规则(包括对称)的建筑结构需附加偶然偏心；对于平面布置不规则的结构，除其自身已存在的偏心外，还需附加偶然偏心。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下式采用，直接取各层质量偶然偏心为0.05Li(Li为垂直于地震作用方向的建筑物总长度)来计算单向水平地震作用。实际计算时，可将每层质心沿主轴的同一方向(正向或负向)偏移。当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结果进行比较，取不利的情况进行设计。

在实际设计中可以通过调整建筑物得质心和钢心的相对距离。通过使建筑物质心和钢心的位置尽量靠近，或是通过加强结构四周外围的结构侧向刚度，加大结构的抗扭转刚度。通过这些措施来减少结构的扭转效益减少周期比，减少楼层的位移比。来消除结构的扭转不规则类型的产生。

在结构设计时必须按照规范的相关要求，对相应的不规则类型进行设计。在不规则类型不超三项的前提下，根据相应的不规则类型对薄弱环节按照规范的相关要求进行内力放大，或是进行必要的构造上的加强等按照规范的要求进行处理。

参考文献：

GB 50011-2010 《建筑抗震设计规范》 中国建筑工程出版社 2010

JGJ 3-2010 《高层建筑混凝土结构技术规程》中国建筑工程出版社 2010

建质【2010】109号，《超限高层建筑工程抗震设防专项设防管理规定》 住房和城乡建设部 2010

粤建市函 [2011] 580号《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》广东省住房和城乡建设厅 2011

GB 50010-2010 《混凝土结构设计规范》 中国建筑工程出版社 2010