钢结构抗震设计不规则程度量化分析

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1、钢结构抗震设计不规则程度量化分析在STAAD.Pro软件中的应用逯鹏李博石鑫（华电重工股份有限公司郑州分公司，郑州450099）摘　要：建筑抗震设计规范GB50011-2010对建筑物体型及其构件布置的规则性提出了明确的要求，主要包括平面不规则和竖向不规则的情况。许多钢结构的设计由于建筑、工艺、电气等特殊要求，经常出现结构不规则的情况。对规范条文规定的理解及在钢结构有限元计算软件STAAD.Pro中对不规则情况程度判别计算的思路，是本文谈论的主要内容。关键词：钢结构设计；结构不规则性；STAAD.Pro判别计

2、算1规则建筑应具备的特性合理的建筑形体和布置在抗震设计中是头等重要的。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置，质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。结构平面布置的关键是避免扭转并确保水平传力途径的有效性，立面及竖向剖面布置的关键是避免承载力及楼层刚度的突变，避免出现薄弱层并确保竖向传力途径的有效性。2抗震设计规范的规定本文主要论述钢结构抗震设计中房屋不规则类型的判别计算思路:2.1平面不规则的主要类型表1平面不规则的主要类型不规则类型定义和参考指标1、扭转不规则在规定的水平力作用下，楼

3、层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍2、凹凸不规则平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%3、楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%,或较大的楼层错层2.2竖向不规则类型表2竖向不规则的主要类型不规则类型定义和参考指标1、侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸

4、大于相邻下一层的25%2、竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递3、楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%3对规范条文的理解通过比较不难发现只有平面不规则中第1项及竖向不规则中第1项、第3项需要进行判别计算，本文只论述需要进行判别计算的条款。3.1进行不规则判别时，楼层弹性水平位移(或层间位移)的计算假定3.1.1采用“规定的水平力”计算：“规定的水平力”指采用振型组合(各振型水平力的CQC法或SRSS法，宜采用CQC法)

5、后的楼层地震剪力换算的水平作用力。水平作用力换算的原则：每一楼层处的水平作用力，取该楼层处上、下两楼层地震剪力差的绝对值。3.1.2刚性楼板假定：按国外规范有关规定，在“规定的水平力”作用(作用在楼层各构件的质量中心)下，楼盖平面两端的最大位移δ2(与规定水平力同方向)不超过平均位移`δ值2倍的情况均视为刚性楼板。楼板平面内刚度考察的不仅仅是楼板本身平面内的刚度，也是对抗侧力结构布置均匀性以及楼板协调变形能力的综合考量。3.1.3考虑偶然偏心影响及扭转耦联地震效应：偶然偏心大小的取值，除采用该方向最大尺寸的5

6、%外，也可考虑具体的平面形状和抗侧力构件的布置调整等。(根据规范规定，当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结构进行对比，取不利的情况进行设计。软件STAAD.Pro可以采用组合的方法直接考虑双向地震作用，因此本文在此方面不做论述。)3.2平面不规则3.2.1对扭转不规则的判别：扭转不规则的定义如图所示：其中δ1为楼层弹性水平位移(或层间位移)的最小值，δ2为楼层弹性水平位移(或层间位移)的最大值，`δ为楼层两端弹性水平位移(或层间位移)的平均值，采用刚性楼板假定时

7、`δ=(δ1+δ2)/2。扭转位移比μ(μ=δ2/`δ)≤1.2,即为扭转规则结构。图1平面扭转不规则示意说明：这里所说的楼层弹性水平位移(或层间位移)是指抗侧力构件的位移，不是悬挑梁的梁端或悬挑板的板端位移；位移平均值`δ是楼层两端弹性水平位移(或层间位移)最大值和最小值的平均值，不是楼层的质心位移(即便是楼层质心与刚心完全重合的平面规则结构，由于需要考虑偶然偏心的影响，`δ也不同于质心位移)，也不是所有抗侧力构件位移的平均值(抗侧力构件位移的平均值，受抗侧力构件布置影响而在楼层平均位移中权重不同，其值与`

8、δ也不相同)。3.3竖向不规则3.3.1对侧向刚度不规则的判别：楼层侧向刚度Ki一般采用楼层剪力Vi与层间位移Δi的比值计算。Ki、Vi及Δi均应采用各振型效应CQC组合的计算结果(注意此处不采用“规定的水平力”作用下的计算值。)当采用刚性楼板假定时，Vi为楼层剪力，Δi为楼层质心处的层间位移。3.3.2对楼层承载力突变的判别：楼层结构的受剪承载力即为该层所有抗侧力构件受剪承载力之和。抗侧力构件层间