高層結(jié)構(gòu)的規(guī)則性控制
遼寧省城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 楊春艷 田剛
建筑設(shè)計(jì)的規(guī)則性對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著非常重要的影響，一項(xiàng)好的設(shè)計(jì)是應(yīng)該在滿足建筑設(shè)計(jì)理念的情況下，獲得結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的雙贏�？拐鹨�(guī)范3.4.1條規(guī)定：建筑設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)的要求，不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證；不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。
對于建筑的規(guī)則性分為平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則兩種類型：
一．平面不規(guī)則：
1．扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)，不宜大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的1.2倍。
2．凹凸不規(guī)則：結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)一側(cè)尺寸，大于相應(yīng)投影方向總尺寸的
30%。
3．樓板局部不連續(xù)：樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。
二．豎向不規(guī)則：
1．側(cè)向剛度不規(guī)則：該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%,或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%;除頂層外，局部收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%。
2．豎向抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則：豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件向下傳遞。
3．樓層承載力突變：抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%。
抗震規(guī)范中對于結(jié)構(gòu)的規(guī)則性是這樣規(guī)定的：不規(guī)則結(jié)構(gòu)是指超過以上的一項(xiàng)不規(guī)則指標(biāo)；特別不規(guī)則，指的是多項(xiàng)均超過以上的不規(guī)則指標(biāo)或某一項(xiàng)超過規(guī)定指標(biāo)較多，具有明顯的抗震薄弱部位，將會引起不良后果者；嚴(yán)重不規(guī)則是指體型復(fù)雜，多項(xiàng)不規(guī)則指標(biāo)超出以上限制或某一項(xiàng)大大超過規(guī)定值，具有嚴(yán)重的抗震薄弱環(huán)節(jié)，將會導(dǎo)致地震破壞的嚴(yán)重后果者。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該通過合理的結(jié)構(gòu)布置盡量滿足規(guī)則性要求。在可以調(diào)整建筑方案的情況下要避免凹凸不規(guī)則樓板不連續(xù)的發(fā)生，盡量避免豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。避免不了時要對削弱部分在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上予以加強(qiáng)。對于體型復(fù)雜，平立面特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，可按實(shí)際需要在適當(dāng)位置設(shè)置防震縫，形成多個較規(guī)則的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單元。
對于其他不規(guī)則我們可以通過結(jié)構(gòu)計(jì)算來確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件布局是否合理。而后對結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行有利調(diào)整。
對于平面規(guī)則性是通過位移比，周期比來反映的。
[高規(guī)]4.3.5條規(guī)定，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A、B級高度高層建筑均不宜大于該樓層平均值的1.2倍；且A級高度高層建筑不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。 位移比（包括層間位移比，下同）不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的剛心偏離質(zhì)心的距離較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。對于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)要通過人工調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置，減小結(jié)構(gòu)剛心與形心的偏心距；加強(qiáng)位移最大的節(jié)點(diǎn)區(qū)域?qū)��?yīng)的墻、柱等構(gòu)件的剛度；或削弱其剛度位移最小的節(jié)點(diǎn)區(qū)域，從而降低扭轉(zhuǎn)。使位移比滿足要求。
[高規(guī)]4.3.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比（即周期比），A級高度高層建筑不應(yīng)大于0.9；B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑不應(yīng)大于0.85。
周期比不滿足規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度相對于側(cè)移剛度較小，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置不合理。：只能通過調(diào)整改變結(jié)構(gòu)布置，提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。由于結(jié)構(gòu)外圍的抗側(cè)力構(gòu)件對結(jié)構(gòu)的抗扭剛度貢獻(xiàn)最大，所以總的調(diào)整原則是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍墻、柱或梁的剛度，或適當(dāng)削弱結(jié)構(gòu)中間墻、柱的剛度。利用結(jié)構(gòu)剛度與周期的反比關(guān)系，合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，加強(qiáng)需要減小周期方向（包括平動方向和扭轉(zhuǎn)方向）的剛度，削弱需要增大周期方向的剛度。
對平面布置不均勻不對稱的結(jié)構(gòu)，理論上講如果周期比足夠小，即使偏心率較大，位移比也能滿足要求。從結(jié)構(gòu)布局合理性角度，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移比不滿足要求時應(yīng)同時減小周期比和偏心率。對位移比與周期比同時進(jìn)行調(diào)整。首先調(diào)整構(gòu)剛度質(zhì)量的規(guī)則性，減小結(jié)構(gòu)的偏心率，使結(jié)構(gòu)有清晰的平動主振型與扭轉(zhuǎn)主振型。接著調(diào)整結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度與抗扭剛度的比例關(guān)系，相對加強(qiáng)樓層的抗扭剛度。所謂加強(qiáng)樓層抗扭剛度，含義如下：對于整體抗側(cè)剛度不強(qiáng)，即層位移角接近規(guī)范要求數(shù)值，應(yīng)加強(qiáng)扭轉(zhuǎn)剛度較小層的抗扭剛度；對于整體抗側(cè)剛度足夠強(qiáng)，即層位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范要求數(shù)值，可以減小結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件剛度，增大平動周期。
對于豎向規(guī)則性是通過剛度比，層間受剪承載力來反映的。
[高規(guī)]4.4.2條規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不宜小于相鄰上一層的70%,或小于其上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%。樓層剛度比不滿足要求變形會集中于剛度較小的下部樓層形成薄弱層。應(yīng)采用適當(dāng)降低本層層高，或適當(dāng)提高上部相關(guān)樓層的層高；適當(dāng)加強(qiáng)本層墻、柱和梁的剛度，或適當(dāng)削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的剛度的方法提高本層剛度。如果某樓層剛度比的計(jì)算結(jié)果不滿足要求，SATWE自動將該樓層定義為薄弱層，并按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。
[高規(guī)]4.4.3條規(guī)定：A級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的65%；B級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于其上一層受剪承載力的75%。層間受剪承載力比不滿足說明樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載能力有突變產(chǎn)生薄弱層�？蛇m當(dāng)提高本層構(gòu)件強(qiáng)度（如增大配筋、提高混凝土強(qiáng)度或加大截面）以提高本層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力，或適當(dāng)降低上部相關(guān)樓層墻、柱等抗側(cè)力構(gòu)件的抗剪承載力。若仍不滿足要求在SATWE的“調(diào)整信息”中的“指定薄弱層個數(shù)”中填入該樓層層號，將該樓層強(qiáng)制定義為薄弱層，SATWE按高規(guī)5.1.14將該樓層地震剪力放大1.15倍。
建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性設(shè)計(jì)直接反映了結(jié)構(gòu)布局是否是合理的，合理的結(jié)構(gòu)布置是可以在保證安全性的前提下減少不必要的浪費(fèi)的。控制規(guī)則性幾個參數(shù)的調(diào)整涉及構(gòu)件截面、剛度及平面位置的改變，在調(diào)整過程中可能相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)注意不要顧此失彼。

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