建筑抗震设计的结构平面不规则内容
高层建筑设计规范 摘要：为了保证建筑的安全可靠，必须要对建筑进行抗震设计。文章对建筑中存在的质量偏心、刚度偏心、强度偏心等引起结构平面不规则的因素进行探讨，并且结合结构平面不规则在地震作用力下的平扭耦联效应，进而研究建筑物的动力特性，掌握建筑结构平面不规则造成的结构扭平周期比、扭平分量比、最大位移比的变化，最终为建筑抗震设计中如何减少结构平面不规则提出建议。
关键词：建筑抗震设计；结构平面不规则；平扭耦联
引言
合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的。地震地面运动作用下，建筑物的损伤破坏首先会出现在结构抗震系统的薄弱部位，薄弱 部位的损伤破坏会进一步加剧结构抗震性能的退化，从而导致结构整体的倒塌。建筑物的薄弱部位主要来源于结构配置的缺陷或不规则， 不规则结构在地震时易造成震害。本文介绍了我国抗震规范中平面不规则的一些内容，并比较了不同国家的同类规范。
结构平面不规则的内容
平面质量偏心
楼层各部分构件截面尺寸不同，必然产生质量偏心。即使是名义上的质量对称结构，由于质量分布具有随机性，以及施工质量和材料 等各种条件的不确定性，可以认为结构一定存在质量偏心。假设自重 是一个随机变量，由概率分析可知，当仅考虑质量分布的不均匀性带来的偶然偏心，可以认为 0.05 倍垂直于地震作用方向边长作为偶然偏心距具有一定的保证率。
平面刚度偏心 “名义刚度”是在设计计算采用的理想化模型中按照构件弹性模
量与截面尺寸通过公式计算得到的刚度值，“实际刚度”是施工建造完成后的结构在确定荷载分布和约束条件下的荷载位移比值。由于建筑材料性质的不稳定性、构件尺寸控制的误差、施工工艺和条件的限值、 构件受荷历程的差别、构件实际约束与理想化模型的差异等因素的存在，造成了结构实际刚度的不确定性。即使名义上均匀对称的结构， 实际上也存在一定程度的偏心，即抗侧刚度的分布发生改变，同时抗扭刚度、扭侧刚度比等也会随之改变。
平面强度偏心
结构的质量和刚度不对称分布是比较直观的偏心现象，而结构由于抗侧力构件的强度不同而造成的强
度偏心很容易被忽略。设计中不同的构件有不同的设计屈服强度，同时构件实际屈服时的强度并不容易被精确的确定，因此强度偏心与质量和刚度偏心一样不可回避。混 凝土、型钢或钢筋等结构材料的不确定性，实配钢筋与计算钢筋的差 别，以及构造方面的要求造成实际屈服强度与设计强度不同，或由于 设计上的需求，都会产生构件屈服强度的差异。结构因存在强度偏心， 进入弹塑性状态之后，构件屈服水平不同，屈服次序有先后，抵抗合 力作用点将随时变化，而引起弹塑性扭转。
结构平面不规则在地震时的受力状态
如果在建筑中存在结构平面不规则现象，就会造成质心与刚心的偏移，会引发明显的平扭耦联效应，而平扭耦联系统在受到地震影响 时的受力状态如下：①如果在扭转周期与平动基本周期的比接近 1 的情况下，即使平面的结构基本对称，也会因受到地震的影响而出现严 重的平扭耦联效应；②结构所承受的动扭矩要大于水平剪力与结构偏心距的积。如果扭平周期比接近 1，则动扭矩就会呈倍数增大；③如果结构出现平扭耦联效应，地震对结构的影响就会被放大，结构中的 边缘构件的内力会受到一定的影响，结构边缘的抗侧力构件就会更快的被扭剪，直至被破坏。
动力的规则性分析
在建筑结构的设计中，平面可以被设计成不规则的形状，但是， 整个结构的动力特性必须是具有规则性的。如果结构平面不规则，可以使用扭平周期比、扭平分量比以及最大位移比作为对结构动力规则性进行判断的依据。通过对建筑结构设计经验的总结，获得以下判别动力规则性的参考数值：首先，如果结构是动力规则的，其扭平周期比会小于等于 0.85、扭平分量比会小于等于 10%，而最大位移比将小于等于 1.2；其次，在结构动力不规则的类别中，可以分为一般不规则、特别不规则以及严重不规则三种情况。在一般不规则的情况下，扭平周期比会小于等于 0.85，扭平分量比会在 10% ～ 15%，而最大位移比将在 1.2 ～ 1.4，在特别不规则的情况下，扭平周期比会在 0.85 ～ 0.90， 扭平分量比会在 15% ～ 20%，而最大位移比将在 1.4 ～ 1.5，而在严重不规则的情况下，扭平周期比会在 0.90 ～ 0.95，扭平分量比会在
20% ～ 30%，而最大位移比将在 1.4 ～ 1.5。在进行结构设计的初期，如果扭平周期比与扭平分量无法满足以上动力规则性的要求，那么无 论最大位移比是多少，都需要尽量调整结构布置，保证使结构的动力 特性规则。
抗震规范关于结构平面不规则的相关规定
中国规范
我国抗震设计规范规定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。不规则的建筑结构，应进行水平地震 作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。规 范对结构平面不规则定义了三种类型，具体见中国《建筑抗震设计规 范》。
高层建筑混凝土结构技术规程要求，在高层建筑的一个独立结构 单元内，宜使结构平面形状简单、规则、刚度和承载力分布均匀。不 应采用严重不规则的平面布置。钢筋混凝土高层建筑，平面宜简单、 规则、对称，减少偏心，平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大， 不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。
美国规范
美国设计规范认为在强烈地震地面运动作用下，结构配置是影响结构性能的重大因素之一，而结构平面不规则可能导致结构的地震反应和变形完全不同于按等效静力假定程序设计的线性分布模式。设计者应该充分认识平面不规则布置导致的结构不确定能力是否满足设计要求，设计过程中应该消除或最小限度地避免重大的结构平面不规则。 美国规范 FEMA368、UBC97 和表 l 美国规范定义的结构平面不规则类型。
欧盟规范
欧盟规范 EC8 和其他国家的设计规范不同，没有定义明确的平面不规则类型，但从概念设计的角度提出了平面规则性准则如下：
建筑结构在平面内沿两正交方向上侧向刚度和质量分布接近对
称，
平面轮廓简洁紧凑，即无诸如H、I、X 等形状，总凹角或单一方向凹入尺寸不超过对应方向建筑总外部平面尺寸的 25%,
楼板平面内刚度同竖向结构构件的侧向刚度相比足够大，以至 于楼板变形对竖向结构构件间力的分配影响很小.
在给出了地震力分配情况下，加上偶然偏心，任一楼层沿地震 作用方向的位移不超过平均楼层位移的 20%。
新西兰规范
没有定义明确的平面不规则类型，但对平面规则性作出了如下规定。
满足下列中的任一条：
在任意一层，这层以上所有层的质量中心到该层剪力中心的水平距离不超过 0.3 倍的层宽度( 在垂直于水平力的方向上的尺寸); 而且偏心的方向与以上各层相同，在规范规定的等价横向力作用下，垂直于 横向力方向的端部水平位移比在 3/7 ～ 7/3 之间。
楼板没有刚度突变或者能显著影响结构的横向力分配的凹角。
结束语
总而言之，在建筑结构设计中，抗震设计是最重要的环节，其设 计的质量直接影响建筑的安全性，而结构平面不规则是抗震设计中不 可避免的问题，是影响建筑结构抗震性能的关键因素。因此，设计人 员必须了解并掌握建筑结构抗震设计中平面不规则设计的具体内容以 及设计方法，并灵活运用这些方法，确保建筑结构抗震设计满足规定 要求，提高建筑抗震性能。
参考文献
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吴涤凡 , 李建乐 . 某超限高层建筑的抗震设计探讨 [J]. 南方农机,2017,48(14):84-85.
杨飞 . 高抗震设防烈度地区超限高层抗震性能设计 [J]. 工程技术研究,2017,(10):213-214.
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