【专业知识】限制建筑结构不规则性的计算方法
漫谈建筑结构不规则设计
漫谈建筑结构不规则设计一、高层建筑结构设计中不规则性的主要表现形式高层建筑各种不规则的结构形式主要表现为：扭转不规则、凸凹不规则、楼板局部不连续、侧向刚度不规则、竖向值骤变、竖向抗侧力构件不连续，竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递、楼层承载力突变、结构的周期比过大、复杂高层结构，带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等。
扭转不规则表现是偶然偏心的位移大于1.2。
凸凹不规则表现为平面狭长，抗震设防烈度是6度或7度时，平面长宽比大于6.0；凹进尺寸太多，平面凹进侧的尺寸大于投影总尺寸的0.35；凸出的过细，凸出部分的长宽比要大于2.0。
楼板局部不连续主要表现在楼板开洞凹进后，有效楼板的宽度小于该层楼板典型宽度的一半左右；开洞面积明显大于该层的楼面面积；选择细腰型平面；有较大范围的楼层错层情况。
侧向刚度不规则主要表现在楼层侧向刚度要小于相邻三层楼层平均值的80%左右，小于相邻上部楼层的70%左右；高层结构上部楼层与室外地面高度的距离要高于房屋高度20%，收进的平均尺寸要大于相邻下层楼层尺寸25%；如高层结构的上面部分楼层外挑，下面楼层的水平值要高于上部90%，并且水平外挑尺寸要大于4m。
二、建筑结构不规则控制参数1、位移比（层间位移比）是指按刚性楼板假定计算楼层的最大水平位移（或层间位移）与该楼层两端平均水平位移（或层间位移）的比值。
位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。
规则结构的位移比不宜大于1.2；不规则结构的位移比A级高层建筑不应大于1.5，B 级高层建筑不应大于1.4。
SATWE 软件可以分别输出考虑单向地震、双向地震、偶然偏心影响的位移比，供设计人员选用。
位移比的计算及调整应结合工程实际进行，例如，当楼层最大层间位移角的绝对值很小时，考虑偏心影响的位移比限值可以适当放松。
2、周期比是结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。
周期比是控制结构扭转效应的重要指标。
高层建筑结构设计不规则性的研究与应用
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 置拉 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
建筑结构的平面不规则性 大致 可以分为－ －； ｆ ＠ ：一是平面 形状不规则 ，也称为凹凸不规则 ；二是楼板局部不连续 ，连 接较弱 ；三是抗 侧力体 系布置 引起 的扭转不规则。国 内外的
的不确定性和地 震效应计 算的不完整性 ，对结构的不规则性 给出判别的准则。在 这三种 不规则性 中，平面形状不规则和
楼 板 局 部 不 连 续 的 判 别 比较 直 观 。 而扭 转 不 规 则 ，是 结 构 平
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
高层 建筑结构 不 规 则牲 的研
■ 周瑞 钦
结 构 不 规则 性 的 判断 ，在 设 计 中是 一 个 非 常 重 要 的 设计
环 节。不规则性 的判断结果 ，能直接影响到结构的建模 、结
构布置、薄弱楼层 的判断、位移 比的控制 以及施工图设计 ，
从 而 影 响 到 整个 的结 构 布 置 是 否 合 理 、 安 全 、 经 济 等 。 本 文
变 形 形 态 而 变化 的扭 转效 应 。 例 如 ，结 构 某 一 角 柱 进 入 弹 塑
入破坏状态 ，造成 局部倒塌继而可能 引起整体结构倒塌 ，这 样 的破坏机制难 以实现整体 结构 的延性 ，对结构抗震十分不 利。 因此 ，控制扭转位移 比值是需要我们高度重视的工作之
对建筑结构设计不规则性问题的分析
对建筑结构设计不规则性问题的分析摘要：到建筑环境、施工条件和经费等多种因素的影响，设计师在设计建筑结构时，不得不改变建筑结构的设计，进而使建筑结构出现了不规则的现象。
为了保证建筑施工的安全性，设计者需要记录结构的不规则位置，并修改建筑设计方案，以保证设计的合理性。
所以，对于建筑的设计者来说，只有了解建筑结构设计不规则性的种类，进而注意设计相关问题，才能更好地完成高层建筑结构设计工作。
关键词：建筑结构；结构设计；不规则性一、现阶段建筑结构设计不规则性的特点1、平面不规则（1）扭转不规则：扭转不规则建筑结构指的是建筑每一层自身的最大弹性水平位移均大于楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍。
判断标准为单向偶然偏心地震作用下的位移比超过1.2倍，甚至超过1.5倍。
（2）凹凸不规则：凹凸不规则建筑结构主要表现为平面太狭长（L/B＞6）、凹进太多（I/Bmax＞0.35）、凸出太细（I/b＞2.0）等。
凹凸不规则建筑结构判断标准为：阳光下，建筑结构平面凹进一侧的尺寸均大于其投影方向总尺寸的30%。
（3）楼板局部的不连续：楼板局部的不连续建筑结构指的是每一块楼板的尺寸及平面刚度变化较大。
一般表现为：有效宽度Be大于典型宽度的50%，开洞面积At大于楼面面积A的30%。
有些楼板局部特别不规则的，有效净宽度Be甚至会大于5米，或者一侧楼板最小有效宽度小于2米。
平面不规则会导致建筑平面质量偏心、平面刚度偏心、平面强度偏心，从而给整个建筑的施工及稳固性带来一定的问题。
2、竖向不规则（1）侧向刚度不规则：侧向刚度不规则建筑结构指的是除了建筑顶层，整个建筑楼层的侧向刚度值大小和相邻上一楼层的侧向刚度值大小相比较，小于70%；和该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值相比较，小于其80%；楼层局部收进的水平向尺寸和相邻下一层相比较大于其25%。
（2）竖向抗侧力构件不连续：竖向抗侧力构件不连续建筑结构指的是竖向构件位置缩进大于25%，或外挑大于10%和4m，或者上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类等。
建筑结构设计的不规则性问题研究
建筑结构设计的不规则性问题研究建筑结构的规则性将会对整个工程项目产生直接影响。
在建筑结构的设计过程中，比较常见的问题就是结构的不规则性，不规则性问题将会对工程质量产生严重的影响。
因此，本文主要对在建筑结构设计过程中出现的不规则性因素进行探讨，希望能够给相关设计人员提供一些思考和借鉴。
标签：建筑结构设计;不规则性;偏心距近年来，传统的建筑形式将不再能够满足人们的审美需求，不规则的建筑形状大量出现在人们的视野之中。
建筑形状的另类化，将会在很大程度上使城市更具有风采，但是不规则建筑在结构设计上也是有难度的，要有效地确保建筑多样化的发展，需要相关人员进行切实地探索。
1 不规则性定义1.1 平面不规则性平面不规则性主要指建筑平面的凹凸尺寸较大、弹性层间位移比值较大和楼板局部不连续。
其中，弹性层间位移比指的是楼层两端抗侧力构件弹性水平位移的最大值与平均值的比值，楼板局部不连续指的是有效楼板宽度较小或楼层大面积开洞等[1]。
1.2 竖向不规则性竖向不规则性是指建筑的竖向上结构所具有的不规则性，包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续以及楼层承载力突变。
侧向刚度不规则性主要指该层的侧向刚度产生突变或局部收进尺寸较大。
竖向抗侧力构件不连续指柱、墙的内力通过水平转换构件向下传递。
楼层承载力突变是指通过计算分析整个建筑的受力情况抗侧力结构的层间受剪承载力与上下楼层比较明显减小。
2 不规则性问题分析2.1 偏心距的问题偏心距是指建筑平面质心与形心之间的距离。
在建筑结构设计中，偏心距大小与建筑平面形状的规则程度有着直接联系。
建筑平面形状的不规则会在很大程度上导致建筑平面质心与形心远离，进而导致结构扭转的出现。
因此，设计师在解决结构平面不规则性问题时，可以通过对扭转的控制来进行。
要想使结构扭转得到良好的控制，本质上要解决建筑结构偏心距过大的问题。
这就需要设计师要对于偏心距问题的高度重视。
在方案设计阶段，要充分比较分析整个建筑结构的平面布局，通过计算使得偏心距尽可能的减小，进而将位移比等控制在规范允许的范围以内，从而很大程度上降低整个建筑结构自身发生扭转的不利作用。
不规则结构设计及规范要求
（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
不规则类型
定义
扭转不规则
楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），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
凸凹不规则
结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的 30％
楼板局部不连续
楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的 50％，或开洞面积大于该层楼层面积的 30％，或较大的楼层错层。
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。
“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；
建筑结构不规则判别
建筑结构不规则性判别
2015.11
主要内容
❖ 一.规范规定 ❖ 二.几个术语 ❖ 三.设计目标及依据 ❖ 不规则分类及判定
一、规范规定
一、规范规定
一、规范规定
一、规范规定
二、几个术语定义
❖ 根据《抗规》3.4.1条文解释：
特别不规则：具有较明显的抗震薄弱部位，可能引起 不良后果者，参考界限见《超限高层审查要点2015》 ，主要分为：
》3.4、3.5节判断 ❖ 上述判断在方案阶段结构专业亟需介入
超限高层审查要点的规定
超限高层审查要点的规定
超限高层审查要点的规定
超限高层审查要点的规定
所以高层建筑凡是符合表1～5者，均应 按《审查要点》规定在初步设计阶段报 省超限高层建筑工程抗震设防专家委员 会进行超限专项审查。
四、不规则判定
❖ 外挑大于10%和4米 ❖ 多塔
注：4a、4b不重复计算不规则项
竖向不规则之刚度突变
❖ 刚度计算应根据结构类型不同选用不同的计算方法
竖向不规则之尺寸突变
竖向不规则之构件间断
❖ 上下层墙、柱、支撑不连续 ❖ 含加强层、连体类
竖向不规则之承载力突变
❖ 相邻层受剪承载力变化大于80%
竖向不规则之局部不连续
有效楼板宽度和典型楼板 宽度都是从楼板传递水平 地震作用的角度来度量
楼电梯间周边有墙与连梁 围合，可保证水平力有效 传递，故不按开洞考虑
楼电梯间周边墙分散或整 体性差（单片墙或无连梁 封闭围合）则无板部分按 开洞考虑
悬挑部分不计入典型楼板 宽度、有效楼板宽度计算
竖向不规则
❖ 结构立面剖面布置的关键是避免承载力和楼层刚度 突变，避免出现薄弱层（率先屈服，出现较大的塑 性变形集中）并确保竖向力传递的有效性
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。
某多项不规则超限高层结构设计
某多项不规则超限高层结构设计【摘要】某工程为框支剪力墙结构，因建筑功能需要，结构主体存在扭转不规则、侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续等多项不规则情况，属超限高层建筑。
由于采用了相对合理的结构布置，通过两阶段设计方法，分析了各项不规则情况对结构主体的影响程度，找出了结构薄弱位置且采取了加强措施，从而减小了体型不规则带来的不利影响，使得结构仍具有良好的抗震性能，达到三水准的抗震设防要求。
本文主要介绍工程的结构布置、计算分析方法，薄弱部位采取的抗震措施等。
【关键词】多项不规则超限高层；各项不规则情况对结构主体的影响程度0.前言超限高层建筑，是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型的高层建筑工程，体型特别不规则的高层建筑工程，以及有关规范、规程规定应当进行抗震专项审查的高层建筑工程。
具体超限情况及主要范围可参照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]109）中第一章第二条及第七章附录一确定。
针对多项不规则的超限高层建筑，首先应结合抗震概念采用相对合理的结构布置，然后分析结构各个不规则情况对结构主体的影响程度，找出了结构薄弱位置，最后采用基于性能的抗震设计方法对结构薄弱位置采取加强措施，达到使结构具有良好的抗震性的目的。
本文现以某在建住宅类超限高层为例，重点就本工程结构在各项不规则情况对结构主体的影响程度及结构设计采取的加强措施方面进行阐述。
1.工程概况某高层住宅位于厦门市五缘湾，是某住宅小区其中一栋，底部为大底盘地下室，地下2层，地上28层，建筑总高度99.10m，底层层高7m，以上各层层高均为3.4m，二层为框支转换层。
本工程为部分框支框架剪力墙结构体系。
建筑抗震设防类别为丙类，建筑结构安全等级为二级。
抗震设防烈度为VII 度，设计基本地震加速度0.15g，设计地震分组：第二组；场地类别：II类；特征周期Tg=0.40se；按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度VII度；建筑结构的阻尼比取5%。
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【专业知识】限制建筑结构不规则性的计算方法
【学员问题】限制建筑结构不规则性的计算方法？
【解答】结构平面布置要限制结构的扭转效应。
国内、外历次大地震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，在地震中受到严重的破坏。
国内一些振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。
对结构的扭转效应需从两个方面加以限制：
（1）限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
规定单向地震作用扭转变形的计算应考虑偶然偏心的影响（详见（高规》第3.3.3条），楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，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宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。
（2）限制结构的抗扭刚度不能太弱。
关键是限制结构扭转为主的第一自振周期`T_1`与平动为主的第一自振周期`T_1`之比。
当两者接近时，由于振动藕连的影响，结构的扭转效应明显增大。
结构扭转为主的第一自振周期T：与平动为主的第一自振周期T，之比，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0.85o
不满足以上要求时，宜调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。
如在满足层间位移比的情况下，减小某些（中部）竖向构件刚度，增大平动周期，加大端部竖
向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
扭转祸联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断。
在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于0.5时，则该振型可认为是扭转为主的振型。
多高层建筑结构，经计算若周期比`T_1`/`T_1`.小于0.5，则相对扭转振动效应
θr/υ。
一般较小（θ，r分别为扭转角和结构的回转半径。
θr表示由于扭转产生的离质心距离为回转半径处的位移，υ为质心位移），即使结构的刚度偏心很大，偏心距。
达到0.7r，其相对扭转变形
θr/υ值亦仅为0.2.而当周期比`T_1`/`T_1`.大于0.85以后，相对扭振效应θr/υ值急剧增加。
即使刚度偏心很小，偏心距e仅为0.1r，当周期比`T_1`/`T_1`等于0.85时，相对扭转变形θr/υ值可达0.25；当周期比`T_1`/`T_1`接近1时，相对扭转变形θr/υ值可达0.5.由此可见，抗震设计中应采取措施减小周期比`T_1`/`T_1`值，使结构具有必要的抗扭刚度。
从表中还可以看出，结构的第一振型是以平动为主的平动与扭转混合振型（其平动振动系数为0.90，扭转振动系数为0.10），结构以扭转振动为主的第一自振周期T，与平动振动为主的第一自振周期`T_1`之比为`T_1`/`T_1`=4.929/1.210=0.768，符合《高规》第4.3.5条A级高度高层建筑不应大于0.9的要求。
（3）目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算机软件，都假定楼板在平面内不变形，平面内刚度为无限大，这对于大多数工程来说是可以接受的。
但当楼板有大的凹人、大的开洞时，楼板在平面内削弱过大，楼板产生显著的变形，这时刚性楼板的假定不再适用，要采用考虑楼板变形影响的计算方法和相应的计算程序。
考虑楼板的实际刚度可以采用将楼板等效为受弯水平梁的简化方法，也可以将楼板划分为单元后采用有限单元法
进行计算。
（4）级高度的高层建筑结构和《高规》第10章规定的复杂高层建筑结构，应符合下列要求：
1）应采用至少两个不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力位移计算；
2）抗震计算时，宜考虑平扭藕连计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%；
3）应采用弹性时程分析法进行补充计算；
4）宜采用弹塑性静力或动力分析方法验算薄弱层弹塑性变形。
5）对竖向不规则的高层建筑结构，包括某楼层抗侧刚度小于其上一层的70%或小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，或结构楼层层间抗侧力结构的承载力小于其上一层的80%，或某楼层竖向抗侧力构件不连续，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.15的增大系数；结构的计算分析应符合《高规》第5.1.13条的规定，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
在现实生活中，大多数的人，对学习很难做到学而不厌，
学习不是一朝一夕的事，需要坚持。
希望大家坚持到底，现在需要沉淀下来，相信将来会有更多更大的发展前景。