立面不规则结构

立面不规则结构第1页，共26页，2023年，2月20日，星期一目录1立面不规则的判定2立面不规则的主要原因3转换结构的基本类型及其分析特点4加强层结构的基本类型及其分析特点5立面收进和外扩结构的分析特点6立面不规则结构的控制指标第2页，共26页，2023年，2月20日，星期一立面不规则的判定

楼层刚度比

K(i)<0.7K(i+1)

或者K(i)<0.8[K(i+1)+K(i+2)+K(i+3)]/3楼层承载力比

Q(i)<0.8Q(i+1)立面收进

d(i)-d(i+1)>0.25d(i)以上三者居其一，可判为立面不规则第3页，共26页，2023年，2月20日，星期一立面不规则的原因设置转换层以换取大空间，导致竖向抗侧力构件不连续，不连续本身会造成刚度突变；其次由于转换构件如转换大梁、转换桁架等自身刚度往往很大，也会引发刚度突变。设置加强层控制位移，导致立面刚度突变。为满足造型需要，立面收进或外扩，直接导致刚度、质量突变第4页，共26页，2023年，2月20日，星期一转换结构的基本类型梁托柱转换：分析无问题，注意核查不落地柱与梁的连接关系、不落地柱轴力，并应定义转换梁和框支柱第5页，共26页，2023年，2月20日，星期一转换结构的基本类型

梁托墙转换：梁与上部剪力墙共同工作。

一般框支转换：转换梁不单独构成一层，只与一层楼板相连，形成T型截面，梁高不太大，一般梁高1-2米左右箱式转换或超大梁转换：转换梁单独构成一层，上下表面可均有楼板相连，形成工型截面，梁高较大，通常梁高2-3米。第6页，共26页，2023年，2月20日，星期一宽扁梁转换:以梁宽增大换取梁高减小。可降低转换层高度；方便建筑设备使用；刚度突变、应力集中较轻。宽扁梁设计中应注意:1)应满足剪压比、受压区相对高度、强剪弱弯三项延性要求，按弹性大震设计2）宜双向布置，扩大节点核心区范围；柱外宽度<3/4梁高，避免脆性冲切破坏。3)挠度裂缝控制4）偏心受拉及剪扭设计。宽扁梁宜满足跨高比<10,B/H<2.5，通常的尺寸可以是B*H=(2000~3000)*1000左右。转换结构的基本类型第7页，共26页，2023年，2月20日，星期一框支柱托梁转换层上部剪力墙需加强的区域，此处可能是受拉区墙梁的变形协调节点剪力集中处位于框支柱柱边和洞口边的梁截面处转换结构的基本类型第8页，共26页，2023年，2月20日，星期一占据一层的转换大梁，有时梁上开有洞口两层楼板转换结构的基本类型第9页，共26页，2023年，2月20日，星期一上弦杆下弦杆桁架转换:传力明确，镂空的超大梁，上下弦轴向拉压明显。第10页，共26页，2023年，2月20日，星期一桁架转换常见于高层钢结构，其中中心支撑虽然刚度贡献大，但会引起结构局部的内力突变，所以常采用偏心支撑和耗能梁，以提高结构的延性。上弦杆下弦杆耗能梁偏心支撑第11页，共26页，2023年，2月20日，星期一局部桁架转换:竖向力作用下抗压比抗弯更有效，从受力的角度比梁转换合理。第12页，共26页，2023年，2月20日，星期一搭接柱转换:通过搭接块的抗剪及上下表面相邻的楼板、楼面梁的拉压共同构成转换系统。搭接块、楼面梁和楼板是搭接柱转换体系的三种关键部件，需精心设计。利用搭接柱转换实现立面的外扩和收进第13页，共26页，2023年，2月20日，星期一厚板转换层结构：结构布置方便，厚板上下的结构布置可以完全不同；也是因为可以完全不同，使之受力机制复杂，且厚板质量很大，不宜用于抗震区。建议采用弹性楼板6模拟厚板，网格尺寸应适当加密，1米为宜。也可采用等代杆系近似模拟厚板转换层。厚板转换示意及厚板上下结构的网格布置示意第14页，共26页，2023年，2月20日，星期一转换结构的分析特点

概言之，转换结构分析与设计中宜注意下列问题：转换层及其相邻楼层，楼板的面内变形往往不可忽略，应该用弹性楼板6或者弹性膜模拟楼板。超大转换梁的上下翼缘板、与斜杆相连的水平梁、搭接柱转换中与搭接块相连的水平梁及楼板等，均可出现不可忽视的拉应力，一方面应采用弹性板模型准确模拟此种效应，另一方面应对受拉构件要做偏拉设计，错用了刚性楼板假定，对偏拉构件按纯弯设计，必将造成隐患。第15页，共26页，2023年，2月20日，星期一转换层以上的一到两个楼层，在竖向荷载作用下的内力通常会较大。这一般是由转换结构的不匀称性造成的，不匀称转换造成不均匀沉降，是导致转换层上层剪力墙抗剪不够的主要原因这时对结构的调整，要重点考虑竖向力，重点考虑转换结构的匀称性。转换层自身通常在概念上考虑为天然的薄弱层，无条件作1.15地震力放大。如果直接按刚度比或承载力比衡量，转换层自身倒不见得被判为薄弱层。第16页，共26页，2023年，2月20日，星期一4.偏心转换中须注意转换大梁的抗扭问题，通常应采用双轴线建模，用刚性杆模拟连接。若整体计算模型中未考虑此偏心，应在整体计算完后复核转换梁抗扭，扭矩可取上部墙或柱的轴力与偏心距的乘积。应尽量避免或减轻转换梁抗扭。5.梁托双墙的处理与偏心转换相同。6.箱式转换或超大梁转换在有条件的情况下应采用转换墙进行模拟，杆系模型在处理上下层连接关系时会存在较大误差。第17页，共26页，2023年，2月20日，星期一加强层结构的基本类型及分析特点通常利用设备层或避难层布置加强层，基本有如下方式：1.在楼层核心筒与外围框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件2.沿外围框架设置刚度较大的周边环带3.上面两种方式相结合设加强层的目的是控制结构位移，宜用于抗风，但不宜用于抗震，主要由于存在加强层的结构，其刚度、内力突变显著，容易出现强梁弱柱，容易形成薄弱层，抗震不利。第18页，共26页，2023年，2月20日，星期一加强层结构的基本类型及分析特点伸臂的类型通常有三种：实体梁（箱型梁），斜腹杆桁架，空腹桁架环带的类型也通常有三种：开孔梁，斜腹杆桁架，空腹桁架第19页，共26页，2023年，2月20日，星期一受力特点：加强层的附近会出现明显的应力集中，加强层越强，应力集中越明显，在水平力作用下：核心筒在加强层及相邻楼层弯矩、剪力急剧、大幅增加，可能会达到不设加强层时的2-3倍以上；

外围框架在加强层及相邻楼层弯矩、剪力亦急剧、大幅增加，可能会达到不设加强层时的3-5倍以上；轴力在加强层处台阶式跳跃，由下而上成倍减小。一种典型的现象是，在水平力作用下，外围框架的剪力与可能与墙的剪力方向相反，即便总的楼层剪力（代数和）不大，也会出现很大的单构件剪力，这种现象对核心筒和外围柱是很不利的。当然，伸臂及周边环带的弯矩、剪力也均非常大，非如此不足以平衡，非如此不足以控制位移。加强层结构的基本类型及分析特点第20页，共26页，2023年，2月20日，星期一设置原则：故加强层的刚度通常不宜过大，尽管刚度大控制位移的效果好，但内力突变也大，有条件的话，可沿立面设置多个（2-3）不太强的加强层，相较于一个刚性加强层，这样的受力机制是更合理的。同样的道理，在一个加强层内部同时设有伸臂和周边环带，要比单设伸臂或单设环带的受力机制更有利。尽管单独环带控制位移的效果不如伸臂，与伸臂共存却可以改善受力状况。从控制位移的有效性来讲，加强层的立面位置有下面的规律：

1个加强层：0.6H附近

2个加强层：0.5H附近和顶部

3个或3个以上加强层：由顶部到底部均匀布置即可

加强层结构的基本类型及分析特点第21页，共26页，2023年，2月20日，星期一

分析模型：对于实体梁或开孔梁，宜按剪力墙输入和分析，直接按照杆系输入往往难以正确模拟实体梁与外围框架和核心筒的连接关系，同时，作为剪力墙输入时，上下表面的楼板应按照弹性膜或者弹性楼板六计算，否则会夸大伸臂的作用。与加强层关联的楼板，宜考虑偏心受压或偏心受拉设计。对桁架伸臂或环带，分析上无原则性困难，但建模连接关系的正确性一定要保证。加强层结构的基本类型及分析特点第22页，共26页，2023年，2月20日，星期一立面收进结构特点立面收进时，收进后的第一层往往为薄弱层，如果收进较大，该层性质将类似于规则结构的底层，大底盘多塔结构中上部塔楼的底层即属此列，这样的楼层应强制指定为薄弱层。立面不对称收进时，由于产生质量偏心，一般会引发结构扭转效应增大，位移比超限，应控制偏心收进的程度。屋顶小塔楼可以看作收进的极端情况，此时，当小塔楼基频与主体结构基频靠近时，会引发二次共振，即鞭梢效应。控制收进的尺寸及收进的偏心，加强因收进引起的薄弱层，是立面收进结构设计的要点。立面收进可能与转换共存，须格外注意。第23页，共26页，2023年，2月20日，星期一立面外扩(悬挑)结构特点上部楼层刚度和质量大于下部楼层，下部楼层可能形成薄弱层由于悬挑的存在，悬挑部分与主体结构交接部位附近的楼面梁及楼板，在竖向力作用下往往出现受拉状态，故对这些楼层，需要定义弹性楼板6或弹性膜计算，对楼面梁及楼板，进行偏拉设计悬挑结构在竖向力作用下的分析，应主要以一次性加载的结果作为设计依据。由于竖向刚度小，对悬挑部分，宜验算正常使用条件下的楼板振动情况立面外扩可能与转换共存，须格外注意。第24页，共26页，2023年，2月20日，星期一立面不规则结构的控制指标刚度比:K(i)>0.7K(i+1)

且K(i)>0.8[K(i+1)+K(i+2)+K(i+3)]/3承载力比:Q(i)>0.8Q(i+1)位移角比

:A(i)<1.3A(i+1)

且A(i)<1.2[A(i+1)+A(i+2)+A(i+3)]/3质量密度比:0.67<M(i)/M(j)<1.5立面收进程度:d(i+1)>0.75d(i)立面外扩程度:d(i)>0.9d(i+1)