不规则结构方案调整的几种主要方法

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（一）、工程算例1
  1、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1 结构平面图

2、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。

3、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

4、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。

5、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每隔3层布置两道高1m的拉梁，拉梁间布置200mm厚的连接板（如图2所示）。
 
图2 加梁和板后结构平面图
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.

6、从上述结果中可以看出，由于设置了拉梁和连接板，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均有所降低，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）尽量加大将周边砼构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转能力。
（2）将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[1](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[θ]/[θ0]   2.8   2.26      1.81        1.4      1.05       0.74     0.47
小震下最大水平层间位移角限值[θ]/[θ0]    1    1/1.24   1/1.55      1/2     1/2.67   1/3.78    1/6

7、通过以上调整后，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。
8、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[2]
  1、工程概况
     某超高层商办楼，主楼41层，结构高度为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(SRC)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，因工程平面体形复杂，构造措施按一级其结构平面图如图1所示：
 
图1 结构平面图

2、工程特点
   本工程筒体刚度大，但延性较差。结构初算侧移很小，但平扭周期比偏大，在地震作用下质心与其它角点以及与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，中部联接板带尺寸过小。
 
3、调整方法
a、剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度；
b、结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束；
c、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。
d、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。

4、计算结果
结构自振周期计算结果如下表所示：
 Mode No   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    136.60                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1.4。地震作用下的最大层间相对位移：X向为1/1220， Y向为1/1328；

参 考 文 献
1、孙昱斌  吕方宏 某平面不规则高层建筑的结构设计  PKPM新天地   2003  第5期
2、孙昱斌  高层建筑扭转效应的改善  PKPM新天地   2003  第2期