高层结构的规则性控制-论文发表

高层结构的规则性控制
辽宁省城乡建设规划设计院杨春艳田刚
建筑设计的规则性对结构设计有着非常重要的影响，一项好的设计是应该在满足建筑设计理念的情况下，获得结构安全性和经济性的双赢。抗震规范3.4.1条规定：建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不规则的建筑方案应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证；不应采用严重不规则的建筑方案。
对于建筑的规则性分为平面不规则和竖向不规则两种类型：
一．平面不规则：
1．扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，不宜大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍。
2．凹凸不规则：结构平面凹进一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的
30%。
3．楼板局部不连续：楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。
二．竖向不规则：
1．侧向刚度不规则：该层的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%;除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。
2．竖向抗侧力构件不规则：竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递。
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楼层的80%。
抗震规范中对于结构的规则性是这样规定的：不规则结构是指超过以上的一项不规则指标；特别不规则，指的是多项均超过以上的不规则指标或某一项超过规定指标较多，具有明显的抗震薄弱部位，将会引起不良后果者；严重不规则是指体型复杂，多项不规则指标超出以上限制或某一项大大超过规定值，具有严重的抗震薄弱环节，将会导致地震破坏的严重后果者。
在结构设计中我们应该通过合理的结构布置尽量满足规则性要求。在可以调整建筑方案的情况下要避免凹凸不规则楼板不连续的发生，尽量避免竖向抗侧力构件不连续。避免不了时要对削弱部分在结构构造上予以加强。对于体型复杂，平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当位置设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。
对于其他不规则我们可以通过结构计算来确定结构构件布局是否合理。而后对结构布置进行有利调整。
对于平面规则性是通过位移比，周期比来反映的。
[高规]4.3.5条规定，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5倍，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍。位移比（包括层间位移比，下同）不满足规范要求，说明结构的刚心偏离质心的距离较大，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。对于扭转不规则结构要通过人工调整改变结构平面布置，减小结构刚心与形心的偏心距；加强位移最大的节点区域对应的墙、柱等构件的刚度；或削弱其刚度位移最小的节点区域，从而降低扭转。使位移比满足要求。
[高规]4.3.5条规定，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T1之比（即周期比），A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。
周期比不满足规范要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。：只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。由于结构外围的抗侧力构件对结构的抗扭刚度贡献最大，所以总的调整原则是加强结构外围墙、柱或梁的刚度，或适当削弱结构中间墙、柱的刚度。利用结构刚度与周期的反比关系，合理布置抗侧力构件，加强需要减小周期方向（包括平动方向和扭转方向）的刚度，削弱需要增大周期方向的刚度。
对平面布置不均匀不对称的结构，理论上讲如果周期比足够小，即使偏心率较大，位移比也能满足要求。从结构布局合理性角度，当结构出现位移比不满足要求时应同时减小周期比和偏心率。对位移比与周期比同时进行调整。首先调整构刚度质量的规则性，减小结构的偏心率，使结构有清晰的平动主振型与扭转主振型。接着调整结构抗侧刚度与抗扭刚度的比例关系，相对加强楼层的抗扭刚度。所谓加强楼层抗扭刚度，含义如下：对于整体抗侧刚度不强，即层位移角接近规范要求数值，应加强扭转刚度较小层的抗扭刚度；对于整体抗侧刚度足够强，即层位移角远小于规范要求数值，可以减小结构竖向构件刚度，增大平动周期。
对于竖向规则性是通过刚度比，层间受剪承载力来反映的。
[高规]4.4.2条规定：抗震设计的高层建筑结构侧向刚度不宜小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。楼层刚度比不满足要求变形会集中于刚度较小的下部楼层形成薄弱层。应采用适当降低本层层高，或适当提高上部相关楼层的层高；适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度的方法提高本层刚度。如果某楼层刚度比的计算结果不满足要求，SATWE自动将该楼层定义为薄弱层，并按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
[高规]4.4.3条规定：A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%，不应小于其上一层受剪承载力的65%；B级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。层间受剪承载力比不满足说明楼层抗侧力结构的承载能力有突变产生薄弱层。可适当提高本层构件强度（如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面）以提高本层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力，或适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的抗剪承载力。若仍不满足要求在SATWE的“调整信息”中的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号，将该楼层强制定义为薄弱层，SATWE按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。
建筑结构的规则性设计直接反映了结构布局是否是合理的，合理的结构布置是可以在保证安全性的前提下减少不必要的浪费的。控制规则性几个参数的调整涉及构件截面、刚度及平面位置的改变，在调整过程中可能相互关联，应注意不要顾此失彼。