平面不规则结构的判断及调整

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/Bmax0.35(抗震设防烈度6，7度）l/Bmax0.30(抗震设防烈度8，9度）凸出太细l/b2.0(抗震设防烈度6，7度）l/b1.5(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%：Be0.5B开洞面积At大于楼面面积A的30%：At0.3A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）弹性板平面不规则的类型: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DDmaxmax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：计算条件取不利结果判断单向地震计算计入偶然偏心位移比1.2取不利结果判断双向地震计算不计入偶然偏心单向地震计算计入偶然偏心位移比=1.2单向地震计算不计偶然偏心楼层位移比：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：yyxrB21xxyrB21楼层位移比：几何解释1432rB21位移比0.5B1.0B1.5B2.0B2.5BrB: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Br5.22.1控制转心与形心的距离时，相当于控制位移比BBB转动中心CR楼面形心CSr=2.5B楼层位移比：几何解释BrBrBr50.00.200.15.125.14.1控制转心与形心的距离时，相当于控制位移比控制转心与形心的距离时，相当于控制位移比控制转心与形心的距离时，相当于控制位移比楼层位移比：竖向变化规律抗扭刚度抗弯结构总高度；质量偏心距边长；垂直于地震方向的楼面比公式偏心地震作用下的位移在偶然笔者推导了规则单塔楼/:/:::)10()2010(2)3(11)()(11201)(:322GJEIHeLHzFFGJHLeEI楼层位移比：竖向变化规律扭转位移成分竖向变化规律00.10.20.30.40.50.60.70.80.91012345678910扭转位移成分F(z/H)结构相对标高z/H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：ltTTreur,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均满足限值:•实际运用时,可采用较松的做法,满足下式即可:)85.0(9.0)85.0(9.011ytxtTTTT)85.0(9.0),max(11yxtTTT结构周期比：如何选取Tt,Tx1,Ty1向平动为主的第一周期以向平动为主的第一周期以以扭转为主的第一周期YTXTTyxt:::11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11.45413.440.98(0.98+0.00)0.0221.3492123.470.06(0.02+0.04)0.9431.197391.850.96(0.00+0.95)0.0440.49854.100.97(0.96+0.01)0.0350.4653140.250.06(0.03+0.02)0.9460.387792.420.62(0.00+0.62)0.3870.23810.270.99(0.99+0.00)0.0180.218257.470.05(0.02+0.04)0.9590.169991.580.97(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,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,Ty11xT1yT沿结构刚度主轴方向的第一侧振周期示意XY4.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；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弹性板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如何定义弹性楼板弹性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如何定义弹性楼板弹性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6ELSEIF(板柱体系、板柱抗震墙体系）THENIF(楼面凹凸不规则、楼板不连续）THEN弹性板6ELSE弹性板3ENDIFELSEIF(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）ENDIFENDIF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，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