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1、平面不规则结构的判断及调整,编写：黄吉锋 中国建筑科学研究院软件所,目录 1. 平面不规则的类型 2. 楼层位移比 3. 结构周期比 4. 楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的 调整和设计 5. 结构扭转效应控制：扭转不规则结构的 调整和设计,1.平面不规则的类型,扭转不规则 凹凸不规则 楼板局部不连续,平面不规则的类型：扭转不规则,扭转不规则 单向偶然偏心地震作用下的位移比超过1.2 扭转特别不规则 A类高层建筑：单向偶然偏心地震作用下的位移比超过 1.5，或者Tt/T10.90 B类高层建筑、混合结构、复杂高层：单向偶然偏心地震作用下的位移比超过 1.4，或者Tt/T10.85,平面不规则的类
2、型：凹凸不规则,平面太狭长 L/B6 (抗震设防烈度6，7度） L/B5 (抗震设防烈度8，9度） 凹进太多 l/Bmax 0.35 (抗震设防烈度6，7度） l/Bmax 0.30 (抗震设防烈度8，9度） 凸出太细 l/b 2.0 (抗震设防烈度6，7度） l/b 1.5 (抗震设防烈度8，9度）,平面不规则的类型：凹凸不规则,平面太狭长,凹入太多,凸出太细,平面不规则的类型：凹凸不规则,狭长平面实例,平面不规则的类型：凹凸不规则,凹凸不规则平面实例,平面不规则的类型：凹凸不规则,凹凸不规则平面实例,平面不规则的类型:楼板局部不连续,一般不规则 有效宽度Be小于典型宽度B的50%：Be0.
3、3A 特别不规则 有效净宽度Be小于5米或一侧楼板最小有效宽度小于2米,平面不规则的类型:楼板局部不连续,相对有效宽度太小（50%）,相对开洞面积太大（30%）,绝对有效宽度太小 （总宽5m或单侧2m）,平面不规则的类型:楼板局部不连续,严重楼板局部不连续平面实例：三条占全了！,2.楼层位移比,基本概念 计算条件 相关参量取值 几何解释：位移比与形心转心的关系 竖向变化规律，位移比立面控制,楼层位移比：基本概念,楼层位移比的概念 楼层层间位移比的概念,楼层位移比：相关参量取值,最大位移：墙顶、柱顶节点的最大位移 平均位移：墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位移之和除2 最大层间位移：墙、柱层间位移
4、的最大值 平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小值之和除2 不考虑无柱节点的位移！,是对结构整体抗扭特性的衡量，是结构的全局指标，非局部指标。 为了保证位移比的全局意义，计算位移比时，应采用强制刚性楼面假定 规范仅对地震作用要求位移比控制,楼层位移比：计算条件,楼层位移比：计算条件,楼层位移比：几何解释,控制楼层的位移比 等价于控制楼层 形心与楼层转动中心的距离 r 位移比与转动中心的关系：,楼层位移比：几何解释,1,4,3,2,0.5B,1.0B,1.5B,2.0B,2.5B,r,B:垂直于地震方向的楼面宽度,r：形心与转心在垂直于地震方向的距离,楼层位移比：几何解释,B,B,B,转动中
5、心 CR,楼面形心CS,r=2.5B,楼层位移比：几何解释,楼层位移比：竖向变化规律,楼层位移比：竖向变化规律,楼层位移比：如何进行立面控制,通过考察位移比的竖向变化规律我们知道，结构底部的位移比理论上会趋于无穷大，控制底部楼层的位移比有时难以实行。 笔者建议，仅对于楼面标高高于结构主体总高度1/4的楼层，才按照规范限值控制其位移比；对于地下室以及楼面标高不高于结构主体总高度的1/4的楼层，可以不必控制其位移比。,楼层位移比：如何进行立面控制,控制1/4总高处的位移比小于1.5相当于控制顶层位移比小于(1+0.5/3.68)=1.136 控制1/4总高处的位移比小于1.4相当于控制顶层位移比小
6、于(1+0.4/3.68)=1.109 控制1/4总高处的位移比小于1.2相当于控制顶层位移比小于(1+0.2/3.68)=1.054 如此看来，这个控制已经足够严格了！,3.结构周期比,扭转效应与周期比的关系 如何选取Tt,Tx1,Ty1,结构周期比：扭转效应与周期比,结构的地震扭转反应与两个因素有关：一是偏心率，二是周期比。用公式表示就是：,偏心率,结构相对扭转反应,周期比,结构周期比：扭转效应与周期比,结构扭转效应随周期比的变化曲线,周期比接近1.0时，扭转效应出现峰值,结构周期比：扭转效应与周期比,周期比接近1.0时，扭转效应出现峰值，故应使周期比尽量远离1.0 理论上宜控制双向周期比
7、均满足限值: 实际运用时,可采用较松的做法,满足下式即可:,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,何为扭转为主？ 整体振动 扭转成分超过80% 何为平动为主？ 整体振动 平动成分超过80%,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,振型 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数 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 91.85 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04 4 0.4985 4.10 0.9
8、7 ( 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,平动为主,扭转为主,混合振型,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,这样的局部平动振型对应的周期 不能作为验算周期比的素材， 要采用强制刚性楼板假定以获得整体平动振
9、型,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,采用强制刚性楼板假定后变成整体平扭振型,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,这样的局部扭转振型对应的周期 也不能作为验算周期比的素材， 要采用强制刚性楼板假定获得整体扭转振型,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,采用强制刚性楼板假定后变成整体扭转振型,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,何为“第一”， “第二”， “第N” 振型？ 有几个 “振幅零点” 就是第几阶振型,第一振型,第二振型,第三振型,一 阶 振 型 实 例,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,何谓振型的“阶”？,二 阶 振 型 实 例,结构周期比：如何选取Tt
10、,Tx1,Ty1,何谓振型的“阶”？,三 阶 振 型 实 例,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,何谓振型的“阶”？,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,周期比验算中所用到的周期Tt,Tx1,Ty1，均为“第一”，不应取其余。 “第二”，“第三”，乃至于“第N”均为不可取。 X,Y应理解为结构的刚度主轴，一般不同于 用户建模时所采用的坐标轴,结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1,沿结构刚度主轴方向的第一侧振周期示意,X,Y,4. 楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的调整和设计,合法 分法 基于性能的抗震设计 主体结构 如何定义弹性板 关注有效质量系数 弱连系楼盖 主体结构独立工作复
11、核 构造加强,结构楼面凹凸不规则、楼板不连续的调整,通过楼面调整消除凹凸不规则或楼板不连续，基本方法两种: 合法：增设楼板（拉板、拉梁或阳台板、空调设备平台板） 分法：设缝分割为若干规则子结构，低矮的弱连廊采用滑支座等,结构楼面凹凸不规则、楼板不连续的调整,合法：红色的拉板或蓝色的设备板,结构楼面凹凸不规则、楼板不连续的调整,分法：设防震缝或滑动铰支,防震缝,防震缝，滑动铰支,连廊,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,若经分、合二法调整未果，或受到客观条件限制不能作此类调整，则须对此类不规则结构采用更为严格的方法进行基于性能的抗震设计，设计要点如下： 主体结构设计：中震弹性设计 考虑弹性楼板
12、； 偶然偏心、双向地震取不利； 位移角及承载力均作小震、中震双控；,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,如何定义弹性楼板,楼板局部大开洞造成的明显的薄弱部位应定义弹性板,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,如何定义弹性楼板,楼板开洞较多或较复杂时应整层定义弹性板,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,如何定义弹性楼板,多塔楼 之间的 连廊应 定义成 弹性板,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,考虑楼板的几种方式,刚性楼板假定 面内刚度无限大，面外刚度为零 适用范围 楼板面内刚度足够大的工程，但板厚较小（150mm） 梁刚度放大 以此近似考虑楼板的面外刚度,在楼板规则的多数工程中应用！,楼
13、面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,弹性楼板6 考虑楼板的面内刚度和面外刚度 采用壳单元 适用范围 主要用于厚板转换层、板柱体系 注意 普通结构中应用，会减小梁的配筋结果,考虑楼板的几种方式,主要用于转换厚板,弹性楼板3 面内刚度无限大，考虑楼板的面外刚度 采用板弯曲单元 适用范围 面内刚度很大，又不可忽略面外刚度的结构 板柱体系、板柱剪力墙体系,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,考虑楼板的几种方式,主要用于板柱体系,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,考虑楼板的几种方式,弹性膜 考虑楼板的面内刚度，面外刚度为零 采用平面应力膜单元 适用范围 要考虑面内刚度，可以忽略面外刚度的结构 多数
14、楼面凹凸不规则、楼板不连续、大开洞结构，均可应用。,主要用于楼面凹凸不规则、楼板不连续、大开洞结构,在不采用等代杆系时，楼板可如下考虑： IF( 厚板转换层 )THEN 弹性板6 ELSEIF(板柱体系、板柱抗震墙体系）THEN IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续）THEN 弹性板6 ELSE 弹性板3 ENDIF ELSE IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续）THEN 弹性膜（板较厚时用弹性板6） ELSE 刚性楼板假定（板较厚时用弹性板3） ENDIF ENDIF,楼板模型的使用逻辑：总结,实际工程可按照本逻辑对号入座,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时
15、， 要特别关注有效质量系数是否达到了90%！,楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时， 往往要指定较多参与振型才能使有效质量系 数达到要求！,楼面不规则结构应特别关注有效质量系数,要指定较多参与振型的原因是结构存在大量 局部振动振型，每个振型对地震反应的贡献 都较小。,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第一标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第二标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第三标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第四标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第五标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架之第六标准层,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,薄弱楼板越层柱：8层钢框架空间透视图,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,SATWE里，这两个勾都打上，就是所谓双向地震、偶然偏心取不利。PMSAP,TAT也类似。,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的设计,弱连系楼盖设计：大震弹性设计 在小震作用下，弱连系楼盖的水平剪力至少应达到单侧主体结构上的地震作用力，其余内力按此比例放大。,单侧主体结构
