平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判斷及調(diào)整

1、平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的 判斷及調(diào)整 編寫：黃吉鋒 中國建筑科學(xué)研究院軟件所 目錄 1. 平面不規(guī)則的類型 2. 樓層位移比 3. 結(jié)構(gòu)周期比 4. 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù)結(jié)構(gòu)的 調(diào)整和設(shè)計 5. 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的 調(diào)整和設(shè)計 1.平面不規(guī)則的類型 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則 凹凸不規(guī)則 樓板局部不連續(xù) 平面不規(guī)則的類型：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則 q扭轉(zhuǎn)不規(guī)則 單向偶然偏心地震作用下的位移比超過1.2 q扭轉(zhuǎn)特別不規(guī)則 A類高層建筑：單向偶然偏心地震作用下的位移比 超過 1.5，或者Tt/T10.90 B類高層建筑、混合結(jié)構(gòu)、復(fù)雜高層：單向偶然偏 心地震作用下的位移比超過 1.4，或者Tt/T10.85 平面

2、不規(guī)則的類型：凹凸不規(guī)則 q平面太狹長 L/B6 (抗震設(shè)防烈度6，7度） L/B5 (抗震設(shè)防烈度8，9度） q凹進太多 l/Bmax 0.35 (抗震設(shè)防烈度6，7度） l/Bmax 0.30 (抗震設(shè)防烈度8，9度） q凸出太細(xì) l/b 2.0 (抗震設(shè)防烈度6，7度） l/b 1.5 (抗震設(shè)防烈度8，9度） 平面不規(guī)則的類型：凹凸不規(guī)則 平面太狹長 凹入太多 凸出太細(xì) 平面不規(guī)則的類型：凹凸不規(guī)則 狹長平面實例 平面不規(guī)則的類型：凹凸不規(guī)則 凹 凸 不 規(guī) 則 平 面 實 例 平面不規(guī)則的類型：凹凸不規(guī)則 凹 凸 不 規(guī) 則 平 面 實 例 平面不規(guī)則的類型:樓板局部不連續(xù) q一般不

3、規(guī)則 有效寬度Be小于典型寬度B的50%：Be0.3A q特別不規(guī)則 有效凈寬度Be小于5米或一側(cè)樓板最小有效寬度小于 2米 平面不規(guī)則的類型:樓板局部不連續(xù) 相對有效寬度太?。?0%） 絕對有效寬度太小 （總寬5m或單側(cè)2m） 彈性板 平面不規(guī)則的類型:樓板局部不連續(xù) 嚴(yán)重樓板局部不連續(xù)平面實例：三條占全了！ 2.樓層位移比 基本概念 計算條件 相關(guān)參量取值 幾何解釋：位移比與形心轉(zhuǎn)心的關(guān)系 豎向變化規(guī)律，位移比立面控制 樓層位移比：基本概念 樓層位移比的概念 樓層層間位移比的概念 D Dmax max 樓層位移比：相關(guān)參量取值 最大位移：墻頂、柱頂節(jié)點的最大位移 平均位移：墻頂、柱頂節(jié)點的

4、最大位移與最小位 移之和除2 最大層間位移：墻、柱層間位移的最大值 平均層間位移：墻、柱層間位移的最大值與最小 值之和除2 不考慮無柱節(jié)點的位移！ 是對結(jié)構(gòu)整體抗扭特性的衡量，是結(jié)構(gòu) 的全局指標(biāo)，非局部指標(biāo)。 為了保證位移比的全局意義，計算位移 比時，應(yīng)采用強制剛性樓面假定 規(guī)范僅對地震作用要求位移比控制 樓層位移比：計算條件 樓層位移比：計算條件 取不利結(jié)果判斷 單向地震計算計入偶然偏心 位移比=1.2 單向地震計算不計偶然偏心 樓層位移比：幾何解釋 控制樓層的位移比 等價于控制樓層 形心與樓層轉(zhuǎn)動中心的距離 r 位移比與轉(zhuǎn)動中心的關(guān)系： y y x r B 2 1 x x y r B 2

5、1 樓層位移比：幾何解釋 1 4 3 2 r B 2 1位移比 0.5B1.0B1.5B2.0B2.5B r B:垂直于地震方 向的樓面寬度 r：形心與轉(zhuǎn)心在 垂直于地震方向 的距離 樓層位移比：幾何解釋 Br5 . 2 2 . 1 控制轉(zhuǎn)心與形心的距離 時，相當(dāng)于控制位移比 BBB 轉(zhuǎn)動中心 CR樓面形心CS r=2.5B 樓層位移比：幾何解釋 Br Br Br 50. 0 0 . 2 00. 1 5 . 1 25. 1 4 . 1 控制轉(zhuǎn)心與形心的距離 時，相當(dāng)于控制位移比 控制轉(zhuǎn)心與形心的距離 時，相當(dāng)于控制位移比 控制轉(zhuǎn)心與形心的距離 時，相當(dāng)于控制位移比 樓層位移比：豎向變化規(guī)律 抗

6、扭剛度抗彎結(jié)構(gòu)總高度； 質(zhì)量偏心距邊長；垂直于地震方向的樓面 比公式偏心地震作用下的位移 在偶然筆者推導(dǎo)了規(guī)則單塔樓 /:/: : ) 10( )2010(2 )3(11 )( )( 11 20 1)( : 3 2 2 GJEIH eL H z F F GJH LeEI 樓層位移比：豎向變化規(guī)律 扭轉(zhuǎn)位移成分豎向變化規(guī)律 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 012345678910 扭轉(zhuǎn)位移成分F(z/H) 結(jié)構(gòu)相對標(biāo)高z/H 樓層位移比：如何進行立面控制 通過考察位移比的豎向變化規(guī)律我們知道， 結(jié)構(gòu)底部的位移比理論上會趨于無窮大， 控制底部樓層的位

7、移比有時難以實行。 筆者建議，僅對于樓面標(biāo)高高于結(jié)構(gòu)主體 總高度1/4的樓層，才按照規(guī)范限值控制 其位移比；對于地下室以及樓面標(biāo)高不高 于結(jié)構(gòu)主體總高度的1/4的樓層，可以不 必控制其位移比。 樓層位移比：如何進行立面控制 控制1/4總高處的位移比小于1.5相當(dāng)于控 制頂層位移比小于(1+0.5/3.68)=1.136 控制1/4總高處的位移比小于1.4相當(dāng)于控 制頂層位移比小于(1+0.4/3.68)=1.109 控制1/4總高處的位移比小于1.2相當(dāng)于控 制頂層位移比小于(1+0.2/3.68)=1.054 如此看來，這個控制已經(jīng)足夠嚴(yán)格了！ 3.結(jié)構(gòu)周期比 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與周期比的關(guān)系 如何選

8、取Tt,Tx1,Ty1 結(jié)構(gòu)周期比：扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與周期比 結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)反應(yīng)與兩個因素有關(guān)：一 是偏心率，二是周期比。用公式表示就是： l t T T r e u r , 偏心率結(jié)構(gòu)相對扭轉(zhuǎn)反應(yīng)周期比 結(jié)構(gòu)周期比：扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與周期比 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隨周期比的變化曲線 周期比接近1.0時，扭 轉(zhuǎn)效應(yīng)出現(xiàn)峰值 結(jié)構(gòu)周期比：扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與周期比 周期比接近1.0時，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)出現(xiàn)峰值，故應(yīng) 使周期比盡量遠(yuǎn)離1.0 理論上宜控制雙向周期比均滿足限值: 實際運用時,可采用較松的做法,滿足下式即可: )85. 0(9 . 0)85. 0(9 . 0 11 y t x t T T T T )85.0(9.0 ),max(

9、 11 yx t TT T 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 向平動為主的第一周期以 向平動為主的第一周期以 以扭轉(zhuǎn)為主的第一周期 YT XT T y x t : : : 1 1 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 何為扭轉(zhuǎn)為主？ 整體振動 扭轉(zhuǎn)成分超過80% 何為平動為主？ 整體振動 平動成分超過80% 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 振型 周 期 轉(zhuǎn) 角 平動系數(shù) (X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 1.4541 3.44 0.98 ( 0.98+0.00 ) 0.02 2 1.3492 123.47 0.06 ( 0.02+0.04 ) 0.94 3 1.1973 91.8

10、5 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04 4 0.4985 4.10 0.97 ( 0.96+0.01 ) 0.03 5 0.4653 140.25 0.06 ( 0.03+0.02 ) 0.94 6 0.3877 92.42 0.62 ( 0.00+0.62 ) 0.38 7 0.2381 0.27 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01 8 0.2182 57.47 0.05 ( 0.02+0.04 ) 0.95 9 0.1699 91.58 0.97 ( 0.00+0.96 ) 0.03 平動為主 扭轉(zhuǎn)為主 混合振型 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 這樣的局部

11、平動振型對應(yīng)的周期 不能作為驗算周期比的素材， 要采用強制剛性樓板假定以獲得整體平動振型 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 采用強制剛性樓板假定后變成整體平扭振型 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 這樣的局部扭轉(zhuǎn)振型對應(yīng)的周期 也不能作為驗算周期比的素材， 要采用強制剛性樓板假定獲得整體扭轉(zhuǎn)振型 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 采用強制剛性樓板假定后變成整體扭轉(zhuǎn)振型 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 何為“第一”， “第二”， “第N” 振 型？ 有幾個 “振幅零點” 就是第幾階振型 第一振型第二振型第三振型 一 階 振 型 實 例 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,

12、Tx1,Ty1 何謂振型 的“階”？ 二 階 振 型 實 例 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 何謂振型 的“階”？ 三 階 振 型 實 例 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 何謂振型 的“階”？ 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 周期比驗算中所用到的周期Tt,Tx1,Ty1，均為 “第一”，不應(yīng)取其余。 “第二”，“第三”，乃至于“第N”均為不可 取。 X,Y應(yīng)理解為結(jié)構(gòu)的剛度主軸，一般不同于 用戶建模時所采用的坐標(biāo)軸 結(jié)構(gòu)周期比：如何選取Tt,Tx1,Ty1 1x T 1y T 沿結(jié)構(gòu)剛度主軸方向的第一側(cè)振周期示意 X Y 4. 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連 續(xù)結(jié)構(gòu)的調(diào)

13、整和設(shè)計 合法 分法 基于性能的抗震設(shè)計 主體結(jié)構(gòu) 如何定義彈性板 關(guān)注有效質(zhì)量系數(shù) 弱連系樓蓋 主體結(jié)構(gòu)獨立工作復(fù)核 構(gòu)造加強 結(jié)構(gòu)樓面凹凸不規(guī)則、樓板不 連續(xù)的調(diào)整 通過樓面調(diào)整消除凹凸不規(guī)則或樓 板不連續(xù)，基本方法兩種: 合法：增設(shè)樓板（拉板、拉梁或陽 臺板、空調(diào)設(shè)備平臺板） 分法：設(shè)縫分割為若干規(guī)則子結(jié)構(gòu)， 低矮的弱連廊采用滑支座等 結(jié)構(gòu)樓面凹凸不規(guī)則、樓板不 連續(xù)的調(diào)整 合法：紅色的拉板或藍色的設(shè)備板 結(jié)構(gòu)樓面凹凸不規(guī)則、樓板不 連續(xù)的調(diào)整 分法：設(shè)防震縫或滑動鉸支 防震縫防震縫，滑動鉸支 連廊 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 若經(jīng)分、合二法調(diào)整未果，或受到客觀 條件限制不能

14、作此類調(diào)整，則須對此類 不規(guī)則結(jié)構(gòu)采用更為嚴(yán)格的方法進行基 于性能的抗震設(shè)計，設(shè)計要點如下： 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計：中震彈性設(shè)計 考慮彈性樓板； 偶然偏心、雙向地震取不利； 位移角及承載力均作小震、中震雙控； 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 彈性板 如何定義彈性樓板 樓板局部 大開洞造 成的明顯 的薄弱部 位應(yīng)定義 彈性板 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 如何定義彈性樓板 彈性板 樓板開洞較多或較復(fù)雜時應(yīng)整層整層定義彈性板 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 如何定義彈性樓板 彈性板 多塔 樓 之間 的 連廊 應(yīng) 定義 成 彈性 板 樓面凹凸不規(guī)則、樓板不連續(xù) 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 考慮樓板

15、的幾種方式 剛性樓板假定剛性樓板假定 面內(nèi)剛度無限大，面外剛度為零 適用范圍適用范圍 樓板面內(nèi)剛度足夠大的工程，但板厚 較?。?0.85,不滿 足規(guī)范要求。 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 轉(zhuǎn)換層及以下平面(計3層)轉(zhuǎn)換層以上平面(計11層) 序號 周期 轉(zhuǎn)角 屬性 扭轉(zhuǎn)成分 平動成分 1 1.578510 8.1 X 0.14 0.86 2 1.455939 -22.4 TORSION 0.81 0.19 3 1.266284 91.4 Y 0.06 0.94 層號 節(jié)點 最大位移 平均位移 位移比 1 2 1.54 1.1

16、8 1.30 2 186 4.26 3.32 1.28 3 316 6.18 4.93 1.25 4 547 6.68 5.41 1.23 5 797 7.38 6.08 1.21 6 1033 8.16 6.82 1.20 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 調(diào)整之前的周期比和位移比 周期比 =0.9220.85 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 通過外周 加墻調(diào)整 后的轉(zhuǎn)換 層及以下 平面 轉(zhuǎn)換層 以上平面 不必調(diào)整！ 序號 周期 轉(zhuǎn)角 屬性 扭轉(zhuǎn)成分 平動成分 1 1.436491 -1.8 X 0.02 0.98 2 1.086506 87.5 Y 0.0

17、1 0.99 3 1.045773 57.8 TORSION 0.92 0.08 層號 節(jié)點 最大位移 平均位移 位移比 1 48 0.98 0.89 1.10 2 223 2.77 2.42 1.14 3 358 4.24 3.59 1.18 4 736 4.78 4.04 1.18 5 986 5.56 4.71 1.18 6 1221 6.43 5.45 1.18 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 調(diào)整之后的周期比和位移比 周期比 =0.728 0.85 調(diào)整后周期比： Tt/T1= 1.046/1.436 = 0.728 0.85 2.調(diào)整前最大位移比：Umax/Uav

18、er=1.30 調(diào)整后最大位移比： Umax/Uaver=1.18 匯總本工程調(diào)整前后的扭轉(zhuǎn)指標(biāo)變化： 3.調(diào)整前振型純粹性（前三個）：0.86 0.81 0.94 調(diào)整后振型純粹性（前三個）: 0.98 0.99 0.92 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 幾 何 上 規(guī) 則、 抗 側(cè) 剛 度 大 但 周 期 比 超 限 振型號振型號 周周 期期 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 角角 平動系數(shù)平動系數(shù) ( (X+Y) X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù)扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.941 1.5742 83.44 0.06 ( 0.0

19、0+0.06 ) 0.94 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00 4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97 5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 5 0.4025 103.1

20、8 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94

21、 9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94 第一振型為扭轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 平面貌似規(guī)整的剪力墻結(jié)構(gòu)，第一振型為扭轉(zhuǎn) 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 平面貌似規(guī)整的框筒結(jié)構(gòu)，第一振型為扭轉(zhuǎn) 幾 何 上 規(guī) 則， 但 周 期 比 超 限 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:單塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整小結(jié) 周期比側(cè)重控制什么？ 周期比側(cè)重控制的是側(cè)向剛度與扭轉(zhuǎn)剛度之間的一種相對 關(guān)系，而非其絕對大小，它的目的是使抗側(cè)力構(gòu)件的平面布 置兼顧抗側(cè)剛度和抗扭剛度，從而有效

22、減小地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 周期比控制的認(rèn)識誤區(qū) 抗側(cè)力剛度大，就意味著抗扭特性好 幾何上、視覺上很規(guī)則，就意味著抗扭特性好 記住改善周期比的兩招 抗側(cè)力剛度均勻布置 相對加強外圈 非也！ 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 總原則 各塔之間宜均衡 同一塔內(nèi)宜均衡 位移比采用整體模型計算，且宜對每一樓 層的各個塔塊采用強制剛性樓板假定 周期比可分塔驗算，上部有強連接的多塔 應(yīng)補充驗算整體周期比 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 同基多塔結(jié)構(gòu)：驗算分塔周期比 對于同基多塔結(jié)構(gòu)，將各個塔樓與裙房 交界處、與連廊交界處切開，只保留各 單塔樓主體結(jié)構(gòu)范圍以內(nèi)的部分，從而 形成多個獨立的單

23、塔。對每個獨立的單 塔，依據(jù)上節(jié)調(diào)整控制其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、驗 算其周期比。 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 無上連多塔的分拆示意 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 有上連多塔的分拆示意 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 上部有強連接的同基多塔結(jié)構(gòu)：驗算整體 周期比 如果多塔結(jié)構(gòu)存在足夠強的上部連接，以至于這 些連接能夠使兩個或多個塔樓形成整體的扭轉(zhuǎn)振 型，那么此時應(yīng)進一步在分拆調(diào)整驗算的基礎(chǔ)上， 將這幾個塔樓作為一個整體（即看成一個復(fù)合的 單塔）進行結(jié)構(gòu)計算、進行周期比驗算。 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制:多塔樓結(jié)構(gòu) 的平面布局調(diào)整 上部強連接的多塔應(yīng)驗算整體周期比 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制：基于性能 的抗震設(shè)計 中震彈性計算）以加強之 作基于性能的抗震設(shè)計且應(yīng)在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu) ，那么底線是至少應(yīng)滿足 ， ）（ 足：結(jié)構(gòu)經(jīng)調(diào)整后仍不能滿 ( 95. 0 8 . 1 )85. 0(9 . 0 4 . 15 . 1 lt lt TT TT 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制：基于性能 的抗震設(shè)計 中震中震/ /大震彈性計算大震彈性計算 1 1）地震影響系數(shù)最大值）地震影響系數(shù)最大值A(chǔ)LP