工業建筑中鋼樓蓋鋼框架結構扭轉不規則判別的研討

冉艷華

摘 要：結合工程實例，介紹了規范中規定的扭轉位移比的定義、計算要求。對鋼樓蓋鋼框架結構，如何通過概念設計調整模型使之滿足剛性樓蓋假定，計算判定結構的扭轉不規則性，最終設計利于抗震的結構。

關鍵詞：扭轉規則程度；扭轉位移比；剛性樓蓋；鋼框架結構

中圖分類號：TU973 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0052-02

Abstract： Based on engineering examples， the definition and calculation requirements of torsional displacement ratio stipulated in the code are introduced. For steel-floor and steel-frame structure， an approach is put forward as regards how to adjust the model to meet the rigid floor assumption through conceptual design， calculate and judge the torsional irregularity of the structure， and finally design the aseismic structure.

Keywords： torsional rule degree； torsional displacement ratio； rigid floor； steel-frame structure

1 規范中扭轉不規則的定義及鋼框架結構計算時的問題

《建筑結構抗震設計規范》GB50011-2010（2016年版）（簡稱抗震規范）3.4節規定“建筑設計應根據抗震概念設計的要求明確建筑形體的規則性”，其中關于扭轉不規則的判定是通過“在具有偶然偏心的規定水平力作用下，樓層兩端抗側力構件彈性水平位移（或層間位移）的最大值與平均值的比值μ”來判定，按規范理解總結扭轉不規則程度的分類及限值見下表1：

結構扭轉不規則計算時，一般按剛性樓蓋計算，必要時也可采用彈性樓板假定進行補充計算。一般情況下，混凝土樓板平面內剛度比較大，符合剛性樓蓋假定。但近年來，因鋼框架結構抗震性能良好、自重輕、施工周期短、建造速度快等優點，尤其是便于后期改造，鋼框架結構在我國工業建筑中的應用越來越廣泛，此時，對于鋼框架壓型鋼板組合樓板或混凝土樓板，一般也能滿足剛性樓板假定。但對于鋼格板或者花紋鋼板的鋼樓蓋，因鋼樓蓋與鋼梁不是完全焊接，在水平力作用下容易發生翹曲，在計算結構扭轉位移比時，需滿足什么要求才能假定為剛性樓蓋，是很多工程師不太明白的。本文通過工程實例計算，對工業建筑中鋼樓蓋鋼框架結構的扭轉不規則判別進行研討，指出在結構設計時怎么通過概念設計滿足剛性樓蓋假定，判定鋼樓蓋鋼框架結構的扭轉不規則性。

2 鋼樓蓋鋼框架結構如何計算扭轉位移比

抗震規范條文說明指出計算扭轉位移比時，按剛性樓蓋計算[1]；采用彈性樓蓋假定時，樓層位移比的判別結果僅可作為參考值。對樓蓋計算假定的確定，屬于概念設計的范疇。在進行不規則判別時，一般情況下，樓板整體完整性較好時，采用概念清晰明確的剛性樓蓋假定計算。但對于工業建筑，樓板經常會開大洞，尤其對于鋼樓蓋結構，因鋼樓蓋與鋼梁不全完焊接，在水平力作用下容易發生翹曲，即鋼樓蓋在平面內剛度不是無限大，不是明確的剛性樓蓋。

規范中所指的剛性樓蓋假定，并不是要求樓板的平面內剛度無窮大，按國外的相關規定，樓蓋周邊兩端最大位移不超過平均位移2倍的情況均稱為剛性樓蓋，超過2倍則屬于柔性樓蓋。這考察的不僅是樓板本身的平面內剛度，而是對抗側力結構布置的均勻性以及樓板的協調變形能力的綜合考量。實際工程中，先按彈性樓蓋假定計算，在“規定水平力”作用下，計算樓蓋周邊兩端最大位移不與平均位移的比值，當比值不超過2時，再按剛性樓板假定計算扭轉位移比，判別結構的扭轉規則性；當比值超過2時，可以通過以下方式調整結構模型，使之滿足剛性樓蓋假定要求：

（1）調整鋼框架的抗側力構件布置，使之均勻，重點加強結構兩端抗側力構件。

（2）設置水平支撐，增大樓面水平剛度，增加樓板的協調變形能力。

3 通過工程實例計算說明鋼樓蓋鋼框架結構扭轉位移比的計算

某工業建筑裝置，位于7度區，鋼框架結構，首層標高7m，有設備預留洞大開洞，第二層標高為13m，僅有小設備，無大開洞，第三層標高17m。屋頂為壓型鋼板屋面，樓面為鋼格板。

因框架在7度設防區，抗震設防類別為乙類，為了滿足地震區結構要設置多道防線的設計理念，本框架采用鋼框架-中心支撐結構。在結構兩端和中間位置設置柱間支撐。

最開始設計時，未設置樓面水平支撐和樓梯間柱間支撐，在PKPM模型中設置樓板厚度為0，忽略樓板的剛度進行計算，計算結果見表鋼框架位移比。

從計算結果可以看出，某最大樓層位移比超過2，不符合剛性樓蓋定義，所計算位移比大都超限，且前幾陣型周期為扭轉周期，說明結構的抗扭能力較弱，需要調整結構模型。因首層樓面有設備大開洞，為提高樓層平面的整體性、增大樓面水平剛度及增加樓板的協調變形能力，在除設備預留洞的其他位置設置水平支撐；原框架的柱間支撐設置在框架中部和兩端，較為均衡，為了增加樓層兩端抗側力構件的剛度，在樓梯間不影響工藝管道的位置處增設柱間支撐。修改后的模型經計算得出，第一扭轉期出現在第3陣型，且樓層位移比均小于2，滿足剛性樓蓋假定。按剛性樓蓋假定計算結構見表鋼框架位移比，所有扭轉位移比結構滿足規范要求，結構為扭轉規則結構。

4 結束語

（1）規范規定樓層位移比考察的是樓層結構的整體扭轉效應，因此，應按剛性樓蓋假定計算。

（2）規范規定，樓蓋周邊兩端最大位移不超過平均位移2倍的情況均稱為剛性樓蓋，并非是指剛度無窮大。

（3）采用彈性樓蓋假定計算時，計算的最大位移，不一定是規范要求的樓層邊角點處位移，可能是結構內部某點的局部位移，不能代表主體結構的地震效應。

（4）對于鋼樓蓋鋼框架結構，在進行樓層扭轉規則判別時，先進行彈性樓蓋假定計算，若計算結果符合剛性樓蓋假定要求，按強剛假定計算扭轉位移比并分析結構扭轉規則性，然后對彈性樓蓋假定計算結果進行補充分析，以限制結構的局部位移；若計算結果不符合剛性樓蓋假定要求，從概念設計理念著手調整結構布置，使之滿足剛性樓蓋假定，使整個結構為抗震有利結構。

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