一级结构师

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第十四章　不规则结构方案调整的几种主要方法

(一)工程算例1

⑴工程概况：某工程为一幢高层住宅建筑，纯剪力墙结构，结构外形呈对称Y形。一层地下室，地上共23层，层高2.8m。工程按 8度抗震烈度设防，地震基本加速度为0.2g，建筑抗震等级为二级，计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。(图略)

⑵这个工程的主要特点是：

①每一个楼层沿Y向对称。

②结构的角部布置了一定数量的角窗。

③结构平面沿Y向凹进的尺寸10.2m，Y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于平面布置不规则结构，对结构抗震性能不利。

⑶本工程在初步设计时，结构外墙取250厚，内墙取200厚。经试算结果如下：

结构周期：

T1=1.4995s，平动系数：0.21(X)，扭转系数：0.79

T2=1.0954s，平动系数：0.79(X)，扭转系数：0.21

T3=1.0768s，平动系数：1.00(Y)，扭转系数：0.00

周期比：T1/T2=1.37， T1/T3=1.39

最大层间位移比：1.54

最大值层间位移角：1/1163

⑷通过对上述计算结果的分析可以看出，该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值，而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。

经过分析我们得知，之所以产生这样的结果，主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。

⑸为了有效地提高结构的抗扭转能力，经与建筑协商，在该结构的深开口处前端每隔3层布置两道高lm的拉梁，拉梁间布置200mm厚的连接板(如图2所示)。(图略)

经过上述调整后，计算结果如下：

T1=1.3383s，平动系数：0.22(X)，扭转系数：0.78

T2=1.0775s，平动系数：0.78(X)，扭转系数：0.22

T3=1.0488s，平动系数：1.00(Y)，扭转系数：0.00

周期比：T1/T2=1.24，T1/T3=1.28

最大层间位移比：1.48

最大值层间位移角：1/1250

⑹从上述结果中可以看出，由于设置了拉梁和连续板，使结构的整体性有所提高，抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比有所降低，但仍不满足要求。

经过分析得知，一方面，必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比;另一方面，结构的最大位移值出现在角窗部位，因此，控制最大位移值就成为改善位移比的关键。

为此，对本工程采取如下措施：

①尽量加大周边混凝土构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转的能力。

②将转角窗处的折梁按反梁设计，其断面尺寸由原来的200×310改为350×1000，从而控制其最大位移。

③将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm，以增大周边构件连梁的刚度。

④加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度，以降低结构内部的刚度。

经过上述调整后，计算结果如下：

T1=1.0250s，平动系数：1.00(X)，扭转系数：0.00

T2=0.9963s，平动系数：1.00(Y)，扭转系数：0.00

T3=0.8820s，平动系数：0.00， 扭转系数：1.00

周期比：T3/T1=0.86;T3/T2=0.88

最大层间位移比：1.29

最大值层间位移角：1/1566

该工程最大层间位移比为1.29，根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3(如下表所示)可知，本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1/1240，满足要求。

表7.2.3

扭转变形指标　ξ=Umax/U/1.2/1.3/1.4/1.5/1.6/1.7/1.8/

中震下最大水平层间位移角限值/2.8/2.26/1.81/1.4/1.05/0.74/

小震下最大水平层间位移角限值/1/1/1.24/1/1.55/1/2/1/2.67/1/3.78/1/6

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⑺通过上述调整后，可以看出结构的整体抗扭转能力得到了很大的提高，周期比和位移比都能满足规范要求，设计合理。

⑻对于角窗结构，宜在角窗处的楼板内设置暗梁等措施以提高结构端部的整体性。

(二)工程算例2

⑴工程概况：某超高层商办楼，主楼41层，结构高度184.3m。地下室共5层，深19.5m，结构体系为钢筋混凝土筒体和框架组成的钢-混结构体系，框架由钢骨混凝土柱和钢柱组成。本工程按7度抗震烈度设防，建筑抗震等级按二级，因工程平面复杂，构造措施按提高一级。其结构平面图如图1所示。(图略，该结构总长35m，总宽42m，结构右上角和左下角均缺少14X16.8m的部分结构)

⑵工程特点：本工程筒体刚度较大，但延性较差，结构初算侧移很小，但平扭周期偏大，在地震作用下质心与其他角点以及边缘点的位移比亦不满足要求。究其原因，因筒体偏离整个平面较大，中部连接板带尺寸过小。

⑶调整方法

①剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度;

②结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束;

③薄弱层楼板加厚以提高楼板刚度，增加结构水平的协调能力。

④筒体内主要角部暗埋了竖向H型钢，在周边连梁内暗埋H型钢，以提高筒体的延性。

⑷计算结果

结构自振周期计算结果如下表所示：

ModeNo　Period　Angle　Movement　Torsion

1 　4.8103　14.53 0.93 　0.07

2 　3.8697　97.38 0.85 　0.15

3 　3.1442　136.6 0.23 　0.77

周期比：T3/T1=0.653：T3/T2=0.813;

地震作用下的位移比均小于1.40。

地震作用下的最大层间相对位移：X向为1/1220，Y向为1/1328。

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（责任编辑：中大编辑）