不规则结构设计及规范要求

建筑方案是否“规则”的判定及设计控制
1、不规则的划分
抗震规范把不规则的建筑方案分为三个级别，区别对待：
∙一般不规则——按规范、规程的有关规定采取加强措施；
∙特别不规则——经过专门研究和论证后采取高于规范、规程规定的加强措施，对于高层建筑应严格按建设部令第111号进行抗震设防专项检查；
∙严重不规则——应要求建筑师予以修改、调整。

抗震规范原文如下：
3.4.1 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，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。

[修订说明]：本次修订，对建筑方案的各种不规则性，分别给出处理对策，以提高建筑设计和结构设计的协调性。

2、不规则的判定
（1）抗震规范正文——比较含糊
3.4.2 建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

当存在表3.4.2-1所列举的平面不规则类型或表3.4.2-2所列举的竖向不规则类型时，应符合本章第3.4.3 条的有关规定。

表3.4.2-1平面不规则类型
表3.4.2-2竖向不规则类型
（2）抗震规范条文说明——稍微清晰，仍笼统
3.4.1条之条文说明：
规则与不规则的区分，本规范在第3.4.2条规定了一些定量的界限，但实际上引起建筑结构不规则的因素还有很多，特别是复杂的建筑体型，很难一一用若干简化的定量指标来划分不规则程度并规定限制范围，但是，有经验的、有抗震知识素养的建筑设计人员，应该对所设计的建筑的抗震性能有所估计，要区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度，避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。

这里：
“不规则”指的是超过表3.4.2-1和表3.4.2-2中一项及以上的不规则指标；
特别不规则，指的是多项均超过表3.4.2-1和表3.4.2-2中不规则指标或某一项超过规定指标较多，具有较明显的抗震薄弱部位，将会引起不良后果者；
严重不规则，指的是体型复杂，多项不规则指标超过第3.4.3条上限值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。

3.4.2条之条文说明：
采用图形进行典型示例，以便理解表3.4.2中所列的不规则类型。

参见规范。

（3）抗震设计规范管理组的统一培训教材（P93～95）——清晰
对于混凝土结构和钢结构，规则与不规则性的一些主要定量界限，见抗震规范3.4.2条和相关规程，大致如下表：
表 6.2 不规则建筑方案的基本类型
只要建筑结构（包括某个楼层）布置上出现表中的一项，即存在不规则，或叫基本不规则。

对于一般的不规则，其基本抗震加强措施见抗震规范第3.4.3条的规定。

对于具有转换层、加强层、错层和多塔、连体的高层混凝土结构，至少具有表3.4.1-1中的一项，在JGJ3第10章也给出了加强措施的规定。

对于不规则建筑方案的结构设计，还应注意：
∙当建筑平面有深凹口，即使在凹口处设置连梁，但该部位的楼板不足以视为刚性楼板，只能作为弹性板计算时，则仍处于凸凹不规则，不能因设置连梁而
作为楼板开洞处理。

∙对于不落地构件通过次梁转换的问题，应慎重对待。

少量的次梁转换，设计时对不落地构件（混凝土墙、砖抗震墙、柱、支撑等）的地震作用如何通过次
梁传递到主梁、又传统到落地竖向构件要有明确的计算，方可视为有明确的
计算简图和合理的传递途径，并需采取相应的加强措施，确保大震时转换构
件不失效。

∙设防烈度不同，上述不规则建筑方案的界限相同，但设计要求有所不同。

烈度越高，不仅仅是需要采取的措施增加，体现各种概念设计的调整系数也要加
大。

∙结构薄弱层和薄弱部位的判别、验算及加强措施，应针对具体情况正确处理，使其确实有效。

有关“特别不规则”的判定，先请看下表6.3：
表6.3特别不规则的项目举例
培训教材明确指出，所谓“特别不规则”，主要有三类：
其一，同时具有表6.2所列六个方面基本不规则的3个或3个以上；
其二，具有表6.3所列的一项不规则；
其三，具有表6.2所列2个方面的基本不规则，且其中有一项接近表6.3的不规则指标。

局部修订明确要求，特别不规则的建筑方案应进行专门的研究和论证。

建设部第111
号令要求，对特别不规则的高层建筑，应在初步设计阶段提出“超限设计”的可行性论证，由建设单位向工程所在地的省级建设行政主管部门提出申请，经专家委员会审查通过并完成行政许可手续后，方可进行施工图设计和施工图设计文件的审查。

对于特别不规则的建筑方案，只要不属于严重不规则，结构设计人员应采取比抗震规范第3.4.3条要求更加有效的措施。

严重不规则，指体型复杂，多项实质性的突变指标或界限超过规定或某一项大大超过规定，具有严重的抗震薄弱环节，可能导致地震破坏的严重后果者，意味着该建筑方案在现有经济技术条件下，存在明显的地震安全隐患。

（4）《PKPM结构软件从入门到精通》的意见P200～201
3、不规则的控制参数——共4个
上述4个不规则控制参数体现在设计中，表现为设计步骤的第二步。

设计步骤第一步是通过试算确定几个整体参数，如振型个数、最大地震力方向和结构基本周期等；第二步是确定整体结构的合理性，是在第一步的基础上进行计算。

设计第二步的重要性，即整体结构的科学性和合理性是否重要，首先体现在规范特别强调，其次是因为一个工程的整体指标如果不满足要求，后续的配筋计算将没有任何意义。

对此类问题，施工图审查时有如下相关内容：
（1）首先要审查的即是结构超限问题。

高层建筑应根据建设部建质[2003]46号文规定，审查是否属于超限建筑工程，尤其文中的特别不规则超限经常被忽视，计算结果某些参数超限虽然不违反强条，但属于超限工程，超限建筑工程应进行抗震专项审查。

（2）竖向不规则：
施工图审查中常见框架结构底层层高很大，二层层高较小的情况，且底层作为车库或者架空花园使用，隔墙很少或者无任何隔墙，侧向刚度突变（高层建筑中还常见设备层层高较小，相邻下一层层高较大的情况），对抗震极为不利，应采取加强措施处理，计算时应强制按薄弱层处理。

底层层高很大且设有夹层，二层层高较小，软件计算未反映出该位置的侧向刚度变化，应进行必要的补充计算（宜按不带夹层的模型复核），并按竖向不规则处理（地震剪力系数放大1.15倍并加强抗震构造措施）。

对于底层无隔墙，上部楼层有较多隔墙的框架结构设计方案，如何考虑隔墙刚度的影响进行计算是个难点，现有计算软件未解决这个问题，要算清楚很麻烦，所以建议底层尽量予以加强。

对于底层侧向刚度远小于相邻上一层的框架结构，必要时可在底层加设剪力墙或者斜向支撑予以加强。

等等。

4、不规则建筑所应进行的结构计算方法
（1）《抗震规范》第5.1.2条的规定
各类建筑结构的抗震计算，应采用下列方法：
1高度不超过40m 、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。

2 除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱法。

3 特别不规则的建筑、甲类建筑和表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，其加速度时程的最大值可按表5.1.2-2采用。

弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65％，多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80％。

表5.1.2-1采用时程分析的房屋高度范围
表5.1.2-2时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值（cm/s2）
注：括号内数值分别用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

4 计算罕遇地震下结构的变形，应按本章第5.5节规定，采用简化的弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法。

注：建筑结构的隔震和消能减震设计，应采用本规范第12章规定的计算方法。

（2）《抗震规范》第5.5.2条、第5.5.3条的规定
5.5.2结构在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算，应符合下列要求：
1 下列结构应进行弹塑性变形验算：
1)8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；
2)7～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；
3)高度大于150m的钢结构；
4)甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；
5)采用隔震和消能减震设计的结构。

2 下列结构宜进行弹塑性变形验算：
1)表5.1.2-1所列高度范围且属于表3.4.2-2所列竖向不规则类型的高层建筑结构：
2)7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；
3)板柱-抗震墙结构和底部框架砖房；
4)高度不大于150m的高层钢结构。

注：楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值；对排架柱，指按实际配筋面积、材料
强度标准值和轴向力计算的正截面受弯承载力与按罕遇地震作用标准值计算的弹性地震弯矩的比值。

5.5.3 结构在罕遇地震作用下薄弱层(部位)弹塑性变形计算，可采用下列方法：
1 不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用本节第5.5.4条的简化计算法；
2 除1款以外的建筑结构，可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析法等；
3 规则结构可采用弯剪层模型或平面杆系模型，属于本规范第3.4节规定的不规则结构应采用空间结构模型。

（3）小结
现行《抗震规范》中，对中震设计的内容涉及很少，仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的判断标准和设计要求。

目前我国的抗震设计，是以小震为设计基础，中震和大震则是通过调整系数和各种抗震构造措施来保证的。

规范的这些规定，对于大多数工程而言，其结构安全性是有保证的，但随着结构形式的多样性，复杂结构、超高超限结构越来越多，对中震设计的要求也越来越多。

目前在超高超限施工图审查办，对于超限结构基本上都要求进行中震验算。

目前在工程界，对结构进行中震设计有两种设计方法，第一种是按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。

中震弹性设计：结构的抗震承载力满足弹性设计要求，最大地震影响系数αmax按下表取值，在中震作用下，计算可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系
数），但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，构件的承载力计算时材料强度采用设计值。

β中（β大）＝中（大）震作用/小震作用
中震不屈服设计：地震作用下的内力按中震进行计算，最大地震影响系数αmax按上表取值，地震作用效应均按《高规》第5.6节进行，但分项系数均取1.0，计算可不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），构件的承载力计算时材料强度采用标准值。

软件的实现过程参照《问题解惑》P131页，及《PKPM结构软件从入门到精通》P271。

特别要说明的是，结构计算书中应包括：
∙对于特别不规则建筑、甲类建筑、《抗震规范》表5.1.2-1中所列高度范围的高层建筑的补充时程分析计算书；
∙《抗震规范》第5.5.2条所列的结构应进行的罕遇地震作用下的弹塑性变形验算计算书；
∙对超限结构，应准备超限结构施工图审查办要求的中震验算计算书。