45.如何判断扭转不规则结构?

扭转不规则主要包括扭转变形指标和扭转刚度指标两项特性指标。

（1）扭转变形指标分析

控制结构扭转变形的实质是控制结构扭转变形要小于结构平动变形，控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。

图3-1结构平动变形（平均水平位移）为，此时结构水平转动扭转角为θ，当θ角绝对值较小时，两端部水平位移δ₁、δ₂可表达为

由可得

式（3-5）中，为水平扭转角引起的水平扭转变形。控制，实质是控制，就是控制扭转变形与平动变形之比。

（2）扭转变形计算

扭转变形计算需要注意以下计算原则。

1）结构两端的水平平动变形中所包含的水平扭转变形是矢量，宜采用第一振型模拟水平地震作用计算；若采用振型效应组合（SRSS或CQC法），则由于随机振动理论取最不利效应组合，将使端部δ₁被放大，从而使被放大，被减小，使这一结构重要扭转特性指标不完全符合实际情况。从这个意义上来说，确定结构扭转不规则的扭转变形指标，只是反映结构扭转特性所关注的的比值，而不是结构在地震作用下的实际变形。

2）结构扭转不规则的扭转变形指标应采用刚性楼盖假定确定；若采用弹性楼盖假定，由于局部振荡变形（包括结构边缘部位），将可能使此扭转变形指标放大或缩小，不能正确地判断结构的整体扭转工作特性。

3）δ₂、δ₁应该是取角点竖向构件同一方向最大、最小水平位移值，并由此计算；不能取该楼层所有竖向构件同一方向水平位移平均值δ，否则有可能由于竖向构件不均匀布置而造成偏差。

4）对一般无错层、无边角区楼板抽空的结构，δ₂、δ₁应取层间水平位移计算；对含错层、含边角区楼板抽空的结构，δ₂、δ₁可取水平位移计算。

5）考虑到地震作用的不确定性；地震作用的扭转分量实际存在而未有记录；结构计算手段局限和结构计算模型与实际结构工作状态有出入；实际建筑结构施工、使用会引起质心刚心的偏心等因素，扭转不规则的变形指标计算，应附加计入偶然偏心的影响。附加偶然偏心的引入，可适当加大地震扭转作用，有利于更好地控制结构扭转变形指标，提高结构抗震性能。一般质心偏移e₀=±0.05L（L为垂直于计算方向抗侧力结构长度）。

6）正交结构扭转变形取两个主轴方向单独分别计算；斜交结构需补充斜向计算。一个方向扭转变形指标达到扭转不规则指标，即属于扭转不规则。

7）结构质量刚度分布明显不均匀对称的结构，其平动振型与扭转振型耦联振动反应较大，双向水平地震作用将进一步增大结构扭转变形。因此《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）规定：质量和刚度分布明显不对称结构应计入双向水平地震作用下的扭转影响。

当不计附加偶然偏心影响，结构扭转变形时，结构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。

（3）扭转周期指标分析

结构扭转振型及周期是结构扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反映。当扭转变形成为整个结构第一振型时，结构扭转刚度小，转动惯量大，扭转振动成为主振型，对结构抗震、抗风均十分不利。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）规定了扭转特别不规则的控制指标：

A级高度高层建筑：

结构扭转为主的第一自振周期T_t与平动为主的第一自振周期T₁之比，T_t/T₁＞0.9。

B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑：

结构扭转为主的第一自振周期T_t与平动为主的第一自振周期T₁之比，T_t/T₁＞0.85。

1）第一扭转振型周期T_t的确定《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）给出了采用振型方向因子判别平动振型、扭转振型的计算方法。第一扭转振型对应的扭转自振周期即为T_t。

j平动振型方向因子

j扭转振型方向因子

式中 m_i——i层质量；

J_i——i层转动惯量；

x_ij——i层质点j振型X向位移；

y_ij——i层质点j振型Y向位移；

θ_ij——i层质点j振型转动位移。

平动、扭转振型判别：

当时，j振型为平动为主的振型（平动振型），其物理意义可理解为转动中心与质量中心距离大于回转半径。

当时，j振型为扭转为主的振型（扭转振型），其物理意义可理解为转动中心与质量中心距离小于回转半径。

2）第一平动振型周期T₁的确定 若j振型为平动为主的振型（平动振型），两个正交主轴方向（x、y）的振型判别：

当时，j振型为x向平动为主的振型（x向平动振型）。

当时，j振型为y向平动为主的振型（y向平动振型）。

对正交结构，第一平动振型周期T₁取两个主轴方向平动第一振型的自振周期长者，即T₁=（T_x1，T_y1）_max。对非平行斜交复杂结构，第一平动振型周期T₁需要注意增加斜向振型计算比较确定，取其中平动第一振型的自振周期长者，即T₁=（T_x1，T_y1，T_α1）_max。

（4）扭转不规则结构控制

为减小结构平面扭转的影响，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该层平均值的1.5倍。B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。

结构扭转为主的第一自振周期T_t与平动为主的第一自振周期T₁之比，A级高度高层建筑T_t/T₁不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑T_t/T₁不应大于0.85。

但是，对于一些建筑功能有特殊要求的复杂高层建筑结构，不得不突破扭转不规则指标时，一方面可采用基于性能的抗震设计或其他设计方法来予以加强，实现预定性能的抗震设防目标；另一方面仍应对不规则性的突破加以适当控制，避免因实际结构工作性能太差，地震作用不确定性而引起破坏。

当扭转变形指标时，，，此时扭转变形等于平动变形，整个结构扭转变形成为地震作用下主要变形形态，整个结构抗震工作性能得不到可靠保证。

当扭转周期指标T_t/T₁≥1时，整体结构自由振动扭转振型成为第一振型，地震作用尚未确定的扭转分量将受到激励，扭转振动可能成为地面地震运动的主要响应，结构一旦损坏极易形成脆性扭转破坏。

扭转不规则结构必须予以强制的两个重要指标应为