建筑抗震设计的结构平面不规则内容

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

在建筑的抗震设计中，保证结构安全的最重要的一项内容就是建筑布置的合理性。地震荷载作用下，建筑会先从抗震性能相对较差的位置开始受到破坏，并且这些位置的破坏会造成建筑结构整体抗震性能的降低，甚至造成建筑结构的整体倒塌。建筑中存在平面不规则结构是造成建筑抗震性能薄弱的主要原因，这种不规则结构更容易在地震发生时遭受破坏。为了提高建筑抗震设计水平，需要了解并掌握结构平面不规则的具体内容，防止出现建筑结构平面不规则的现象。

1建筑抗震设计中结构平面不规则

1.1结构中平面的质量存在偏心现象

在建筑结构中，如果楼层中存在截面尺寸不同的构件，就一定会出现平面质量偏心的现象。即使是我们称之为质量对称的结构，也会因质量分布存在随机性的特点，并且建筑材料与施工质量存在一定的不确定性，同样会造成结构存在一定程度上的质量偏心。我们将结构的自重设为一个随机变量，通过概率分析与计算，在只考虑质量分布不均匀造成的偶然偏心的情况下，可以认为将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。

1.2结构中平面的刚度存在偏心现象

在建筑结构的设计中，“名义刚度”出现在理想化模型中，是由构件弹性模量与截面尺寸通过计算而得出的刚度值。而“实际刚度”则是在建筑施工结束后，结构在实际的约束条件与载荷分布下，载荷与位移的比值。在建筑施工过程中建筑材料存在不稳定性，构件的尺寸也存在偏差，构件的受荷历程也有较大的差异，并且构件实际约束与理想化模型不同，受到这些因素的影响，建筑结构的实际刚度就会存在较高的不确定性。即使是我们称之为对称的结构，其刚度也会在一定程度上存在刚度偏心的现象，造成结构的抗侧刚度的分布发生变化，而结构的扭侧刚度比与抗扭刚度等也会发生变化。

1.3结构中平面的强度存在偏心现象

在建筑结构中，质量与刚度分布不对称属于直观的偏心现象，而结构中因抗侧力构件强度的差异造成的强度偏心通常不会被轻易发现，容易被忽略。设计中，不同的构件有不同的屈服强度，同时构件实际屈服时的强度并不容易被精确的确定。与质量偏性和刚度偏心一样，平面强度的偏心现象是无法避免的。建筑结构中的钢筋、混凝土等材料存在一定的不确定性，实际施工使用的材料与计算时存在差异，造成结构的实际屈服强度与设计不符，导致构件的屈服强度存在差异。由于结构存在强度偏心想象，在形成弹塑性状态后，构件的屈服水平存在差异，屈服出现的时间不同，就会造成抵抗合力作用点的改变，从而造成弹塑性扭转。

2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。

3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。

4结构平面不规则设计的注意事项

结构平面不规则设计时，必须注意以下问题：①重点考虑结构的均匀性与对称性，并对结构的偏心率进行有效的控制。如果能够保证偏心率足够小，结构就会出现清晰的平动主振型和扭转主振型，更容易符合扭平分量比的标准；②重视累积质量对结构的影响。如果结构的某一部分存在高低跨现象，需要科学合理的设置剪力墙，有效的降低偏心距；③如果楼板因存在大面积缺失的现象而形成长短柱的状态，不但要提高短柱的延性，而且需要提高长柱的刚度；④提高结构周边梁的刚度。通过提高周边连梁与框架梁的刚度，可以提高整体结构的抗扭刚度，并且有利于刚心位置的调整。

5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。

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作者:刘伟 单位:深圳中建院建筑科技有限公司