结构规则性判别中的相关问题分析
【内容摘要】：在结构设计中，需要根据楼层扭转位移比对结构的规则性进行判别，对结构的规则性进行恰当的分类是结构抗震设计的前提。只有正确把握结构的规则性，才能对症下药，采取必要的抗震措施，使结构设计合法、合情合理。而正确理解位移比计算的基本原则和主要假定，把握楼层扭转位移比的控制标准则成为结构规则性判别的前提。
在按楼层扭转位移比进行结构的规则性判别时，各地区的计算方法和计算规定不尽相同。汶川地震加剧了结构设计人员对地震的担忧，目前，施工图审查中也有矫枉过正且层层加码的趋势。其实恰当地吸取汶川地震的经验和教训，在结构设计中长期坚持把握抗震设计的基本原则是至关重要的，过紧或过松的摇摆式设计标准和方法不利于结构抗震设计的长远发展和进步。
1 楼层扭转位移比的计算
楼层扭转位移比μ（μ =Umax /U ，其中max U ，U分别为单向地震作用下，在楼层角点处竖向构件的水平位移或层间水平位移的最大值和平均值。）的计算中涉及不同的计算假定（刚性楼板假定、弹性楼板假定等）、计算原则（考虑偶然偏心、考虑双向地震作用等）。其中部分是规范明确规定的，而另一部分规范没有给出具体规定，还有些问题需要借鉴其他规范相互补充确定。不同的计算假定和计算原则会得出不同的计算结果，需要结构设计人员进行分析比较，并取其中的合理值加以利用，而不是简单地收集起来，取其中“最不利”的数值。
1）规范对楼层扭转位移比计算的明确规定
高规第 条规定，高层建筑楼层扭转位移比计算时应考虑结构的偶然偏心。对多层建筑，规范未作具体规定，可参考高规的规定，宜考虑结构的偶然偏心。抗震规范第 条的条文说明中明确规定，楼层扭转位移取结构的端部位移，也就明确了对楼层扭转位移比验算的根本目的是要考察结构受到的整体扭转效应，而不是在考察楼层局部的扭转效应，因此本条条文说明也就隐含了采用刚性楼板假定的要求。
2）规范对楼层扭转位移比计算中未明确的规定抗震规范和高规均明确规定，“质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响”。由于规范对上述规定未给出量化标准或指导性建议，各地在执行本规定时判别标准的把握也各不相同，造成结构设计混乱。主要体现在两方面：(1)对“质量和刚度分布明显不对称”的把握；(2)对双向地震作用的把握问题，应如何考虑双向地震的作用，是仅考虑内力，还是考虑全部效应，而若考虑全部效应，则该效应值是否应作为结构规则性判别的依据等。
2 双向地震作用
1）美国土木工程师协会《建筑结构设计荷载》（ASCE 7-98）第，， 款规定C 类设防的建筑结构（相当于我国8 度抗震设防）当采用线弹性反应谱按正交主轴方向单向计算地震作用时，应考虑双向地震作用效应，取A 方向地震作用产生的内力（以弯矩为例：MAA）与B 方向地震作用产生的在A 方向内力的30%（即
A）之和（即MAA +），用于构件的承载力计算（注意，美国规范只在构件的
承载力计算时需考虑双向地震作用）。
2）我国规范未明确说明双向地震作用是否只用于承载力计算，因此，可理解为适用于全部效应计算中，这比美国规范又跨越了一大步。但即便如此，我国规范仍未明确在楼层位移比的计算中是否要考虑双向地震作用。
3）对“质量和刚度分布明显不对称”的把握对“质量和刚度分布明显不对称的结构”规范没有明确的定量规定，各相关资料的规定也不尽相同。文
[1]，[3]的判别标准见表1，可以看出对同样的μ ≥，不同资料把握的尺度大不相同。
质量和刚度明显不对称的判别标准 表 1文献 判别条件判别原则 比较
[1]对复杂高层建筑，当不考虑偶然偏心或双向地震作用时
[3] 对所有抗震建筑，当考虑偶然偏心时
μ≥文[5]的要求要比文[3]严许多，只能理解为：作为地方标准其目的就是要采取严于国家规范的更高标准16设计交流Building StructureWe learn we go笔者认为，文[1]的判别尺度适中、概念清晰。对复杂高层建筑及超限建筑工程，当不考虑偶然偏心时的楼层扭转位移比μ ≥ 时，可判定为结构的质量和刚度分布已处于明显不对称状态，此时应计入双向地震作用的影响。在对结构的规则性进行判别时，可取偶然偏心和双向地震的不利值(图1(a))。而对一般结构的规则性进行判别时，可只考虑偶然偏心而无需考虑双向地震作用(图1(b))。(a)复杂高层建筑及超限建筑工程 (b)一般工程图 1 扭转不规则判别过程
3 扭转位移比计算中的楼板模拟
1）在扭转位移比计算中经常用到刚性楼板的假定，采用此假定的根本目的在于考察结构的整体扭转效应。理论上讲，任何刚度的结构和构件受力后都会有变形，结构中没有绝对刚性的楼板，所谓“刚性楼板”只是工程中的一种简化和假定。当楼板的刚度足够大，其变形小到从工程角度可以忽略不计的程度（工程设计中，在水平地震作用下，当楼板的面内变形不大于1/12000）时，可确定为符合刚性楼板的假定，也就是说楼盖范围内各构件的水平变形符合同一规律（平动时一起平动，扭转时共同扭转）。2）当不符合刚性楼板假定时，也有设计人员改用弹性楼板假定进行扭转位移比的计算，其实这是没有意义的，有时甚至会干扰扭转位移比判别的准确性。这是因为，采用弹性楼板假定的计算位移，可能是平面中某点的局部位移，不能反映楼层结构的整体扭转状况，其数据是不全面和不真实的。因此，无论是否符合刚性楼板的假定，在进行楼层位移比计算并对结构进行规则性判别时都应采用刚性楼板的假定，而不应采用弹性楼板的假定。
4 结构规则性的控制
应结合工程的具体情况，把握结构的规则性控制标准。当弹性水平位移角数值较小时，可适当放宽对楼层位移比的限制，见表2（表中的Ⅰ，Ⅱ类为不规则程度，其中Ⅰ类不规则程度较轻，Ⅱ类不规则程度较重，可参考文[2]确定）。
5 结论
1)楼层扭转位移比是判别结构规则性的重要计算指标，计算应把握下列基本原则：(1)应采用刚性楼板假定，不应采用弹性楼板假定；(2)对一般结构可只考虑结构的偶然偏心，对复杂高层建筑及超限建筑工程还应考虑双向地震作用下的扭转影响，并取偶然偏心和双向地震作用的不利值判别结构的规则性。
2)弹性楼板的假定一般只用于结构或构件的内
力设计计算中。
3)考虑双向地震作用时，应以不考虑偶然偏心的楼层扭转位移比作为“质量和刚度分布明显不对称”
的判别依据。除复杂高层建筑及超限建筑工程外，双向地震作用可只用于结构的内力计算中。
4)结合工程的具体情况，推荐参考文[2]按表2控制结构的规则性控制标准。
5)恰当地吸取汶川地震的经验教训，有益于结构抗震设计的健康发展。
A，B 级高度建筑的扭转不规则程度的分类及限值 表2
A 级μ≤
＜μ
≤
＜μ
≤
＜μ
≤
μ＞
结构类型
B 级μ≤
＜μ
≤
＜μ
≤
＜μ
≤
μ＞
θE≤1/1100 规则Ⅰ类Ⅰ类 Ⅱ类 不允许
框架1/1100＜
θE≤1/550
规则Ⅰ类Ⅱ类 不允许 不允许
框架-剪力墙θE≤1/1600 规则Ⅰ类Ⅰ类 Ⅱ类 不允许
框架-核心筒
板柱-核心筒
1/1600＜
θE≤1/800
规则Ⅰ类Ⅱ类 不允许 不允许
框支层、筒θE≤1/2000 规则Ⅰ类Ⅰ类 Ⅱ类 不允许
中筒、剪力
墙
1/2000＜
θE≤1/1000
规则Ⅰ类Ⅱ类 不允许 不允许
注：θE 为地震作用下的最大层间位移角。
参考文献
[1] 徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].中国建筑工业出版社，2005.
[2] 广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）补充规
定DBJ/T15-46-2005[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[3] 江苏省房屋建筑工程抗震设防审查细则[M]. 北京：中国建筑工业出
版社，2007.
[4] 朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[M].北京：中国建筑工业出
版社，2005.__
