随着我国经济和科技水平不断提升,为满足人们追求个性的需求,各地新颖别致的建筑层出不穷,根据规范判定属于抗震不规则的结构也大量增加。不规则建筑结构传力路径复杂,容易出现薄弱部位,因此对于高层结构的抗震设计,结构布置的不规则程度判别是重要的,这对确保结构安全非常重要。《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版) ^[1](简称《抗规》)第3.4.3条列举了建筑结构布置的平面、竖向不规则类型,为抗震性能分析提供了明确指导,但规范中所述部分不规则类型判别条件在工程实践中争论较多,需要进一步完善。经过多年实践,工程界对建筑结构的不规则有了比较充分认识,并在设计时有成熟的应对措施。当前计算机性能和软件功能已经有了长足的进步,计算能力已大大加强,计算模型能较精细地分析结构的各项指标,对抗震概念可以更加量化地执行。

　　 本文基于大量超限高层工程设计实践,通过结构分析与理论研究相结合的方式,针对《抗规》中扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、侧向刚度不规则、竖向构件不连续和承载力突变6个不规则类型的判断条件进行研究,探讨了其力学概念以及当前执行上存在的一些问题,提出了相应的修改建议。

　　 假设楼层扭转角为θ,回转半径为r,楼层平动位移为δ,则在规定水平力下扭转位移比η=1+θr/δ,由此可以看出,扭转位移比表达了结构扭转位移与平动位移的相对关系 ^[2]。扭转位移比大抗扭刚度不一定弱,只是说明与平动刚度相比扭转刚度偏小。扭转位移比与楼层平动位移有较大关系,平动位移大的部位,扭转位移比小。超限高层结构最大扭转位移比大多集中在塔楼底部,且扭转位移比整体表现出下大上小的规律。

　　 扭转是平面不规则的核心,应尽量减小水平力作用下楼层扭转角。结构扭转有两种情况,一是扭转为结构宏观指标,不会发生仅某一个特点层扭转情况,因此一般高层结构最大扭矩发生在底部;二是结构扭转转化为构件的剪力和扭矩,其中以剪力为主。

　　 震害统计表明,不规则结构因为其自身的质心和刚心不重合,结构惯性力和抗力不共线,导致其在地震时产生扭转效应。严重的扭转反应会导致结构发生脆性破坏,而且结构不规则时,平扭耦合程度往往比较高,结构的扭转反应会被放大,因此工程中需要控制结构的扭转。针对扭转不规则常用的加强措施包括:控制周边竖向构件轴压比、剪压比限值;提高周边竖向构件的配筋率和配箍率,提高其延性;周边框架梁尽量连通,缺少框架梁时提高相关范围内板厚及配筋率;加厚外围剪力墙或加强外围剪力墙水平筋,提高构件抗剪和抗扭能力等。

　　 在建筑物底部或结构刚度较大部位,当楼层平动位移和扭转位移都很小时,扭转造成的实际影响很小,但根据扭转位移比容易判断为扭转不规则,与工程实际不符。因此建议把扭转不规则由位移判断条件改为力判断条件。用基于扭转产生的效应,即剪力来判断扭转不规则,可更加直接反映扭转对结构的危害程度。

　　 由材料力学可知,圆柱体扭转剪应力计算公式为τ_max=Gφr₁/H,其中r₁为半径,φ为扭转角,H为高度,G为剪切模量。可见扭矩产生的最大剪应力与扭转位移角呈线性关系,非圆柱体也有类似关系。把高层结构简化为悬臂杆,则结构在偏心水平力作用下产生的扭矩最后转化为竖向构件的剪力和扭矩。下面通过一个对称矩形框架结构MX1(图1)探讨利用偏心工况下结构外围柱剪力与无偏心工况下外围柱剪力的比值来衡量结构整体扭转程度。MX1模型为4×4跨,跨距均为5m,每层层高均为3m,共10层。定义MX1模型在每层平面Ⓒ轴施加10kN集中力为O工况,在每层平面Ⓒ轴左侧1m处施加10kN为P工况。

　　 图2中O工况下C2～C4柱Y向剪力V_Y及P工况下C4柱Y向剪力V_Y相同,可以看出在2～10层之间,随楼层的减小,柱Y向剪力V_Y均匀增大。首层边跨柱因为底部嵌固,柱刚度增大,承担更大剪力。总体来看,结构水平荷载和扭转产生的剪力均在底部最大。

　　 图3表明剪力增大系数(楼面两端竖向构件在P工况与O工况下的剪力之比最大值)一般小于扭转位移比。顶部楼层柱因为剪力小,剪力增量也小,在比值上略有放大。考虑到结构底部剪力最大,扭转效应在结构底部或刚度突变部位最危险,采用底部楼层剪力增大系数可有效避免扭转位移比底部出现异常情况,剪力增大系数的物理意义更加明确。

　　 考察P工况下首层柱剪力和自身扭矩,由柱X向剪力V_X计算的楼层扭矩为47.744 kN·m,由柱Y向剪力V_Y计算的楼层扭矩为47.746kN·m,柱自身扭矩共4.51kN·m。因此结构外力形成的100kN·m扭矩有95.5%转化为柱剪力,4.5%转化为柱自身扭矩。结构扭转最终由竖向构件剪力和自身扭矩来平衡,其中柱剪力起主要作用,而且在结构底部最危险。因此,整体结构的扭转性能可以通过考察底层柱剪力的变化来判别。

　　 模型MX2为43层框架-核心筒模型(图4),模型中含2层地下室,2层屋顶架构,首层层高6m,其余标准层层高为4.5m,选取外侧柱分析其在规定水平力下无偏心和偏心率为0.05下的内力。

　　 图5中柱2为角柱,角柱X向剪力在底部楼层并不完全符合均匀增大的规律,且考虑结构在嵌固端附近相当于约束扭转,约束扭转情况下结构平面角部容易翘曲为曲面,因此底层角柱内力较为复杂,容易形成突变。柱1的X向剪力增大系数曲线基本随楼层的减小均匀增大,无突变,与等截面直杆扭转的结论较为吻合。实际工程中柱剪力较大,基本避免了因底部楼层扭转位移和平动位移绝对值小而造成的扭转位移比较大情况。由图5可以看出,X向剪力增大系数基本上在底部最大,与模型MX1中底部楼层规律基本一致。通过图5可以看出,柱1的X向剪力增大系数与《抗规》的扭转位移比整体趋势一致,可以用底部外侧抗侧力构件的剪力增大系数来衡量结构扭转效应,其物理意义更加明确。

　　 高层建筑抗震设计要求:平面宜简单、规则,减少偏心,平面长宽比不宜过大,平面突出部分不宜为细长形,不宜采用角部重叠或细腰形平面布置。凹凸不规则导致水平刚度突变,造成平面内凹口两侧产生相对位移,局部扭转,同时细腰部在强震下容易产生应力集中导致脆性破坏。

　　 历次震害表明,不规则的结构在地震中更容易发生破坏。建筑平面的凹凸不平会影响结构的抗侧力构件布置,容易产生偏心或刚度不均匀,导致不同程度的扭转变形和应力集中, 使结构的抗侧力构件无法完全发挥出其效用。而且凹口部分与主体结构运动不协调,容易导致连接部位应力集中,在地震作用下发生脆性破坏。针对凹凸不规则常用的加强措施包括:控制凹凸边缘竖向构件轴压比、剪压比限值;提高周边竖向构件的配筋率和配箍率;对凹角处的框架梁和楼板钢筋进行拉通处理,加强凹角处构件的连接;增加薄弱部位楼板厚度,进行楼板抗剪截面验算,根据弹性楼板结果加强配筋等。

　　 《抗规》是根据结构平面的尺寸来定义凹凸不规则的,凸出方向长度超过30%即判别为不规则。《抗规》中用平面凹进的尺寸与投影方向总尺寸的比值来区分规则性,没有考虑凸出部位宽度影响,这会产生大量影响不大的不规则项。实际上凸出部位的宽度以及长宽比是主要影响因素,应该细化判断条件,避免将影响不大的凹凸平面判别为不规则项。

　　 本文建立了7个模型MC1～MC7来讨论,如图6所示。模型采用框架结构,跨距均为5.1m,层高均为4.5m,共12层。MC2～MC7模型l/B_max=0.43,凸出部位的宽度与投影尺寸比b/L详见表1。表1列出了7个模型的扭转位移比结果。

　　 从模型平面来看,按现有不规则判别条件,模型MC4～MC7均为凹凸不规则,但从整体结果来看,模型MC4和模型MC5的扭转位移比不大于1.2,扭转效应无明显增大,模型MC6和模型MC7扭转位移比增加得比较明显。由此可见,凸出部位的宽度对扭转影响较大,当宽度较大时可不列入凹凸不规则。

　　 选取模型中3根柱(图6(a))进行内力分析,结果见图7。由图7可以看出,平面局部突出导致突出部位柱剪力增大,且伴随b/L减小,其凹凸部位柱剪力增大加剧,其中模型MC6和模型MC7的凹凸部位柱剪力明显增大,平面局部突出对平面中远离凹凸部位的柱剪力影响较小。且当凹凸面积相对较大,结构平面整体性较好时,凹凸部位对结构整体影响较小,偶然偏心地震下柱剪力放大有限。因此可以在现有《抗规》基础上对凹凸不规则条件进行一定放松。

　　 《抗规》将楼板的尺寸和平面刚度急剧变化定义为楼板局部不连续;美国规范UBC 97 ^[3]将楼板局部不连续定义为横隔板突然不连续或其刚度变化,包括开洞面积大于横隔板毛面积的50%,或某楼层到相邻楼层的横隔板有效刚度变化大于50%。工程实践表明,一般的楼板局部不连续不会使结构的扭转变形增大,从而对结构整体不利。楼板局部不连续的钢筋混凝土结构需要重点考虑水平刚度突变处结构构件的应力集中问题,此处容易形成抗震薄弱部位 ^[4]。

　　 针对楼板局部不连续常用的加强措施包括:加强凹凸平面细腰部分的楼板,双层双向配筋;提高相关范围梁纵向受力钢筋最小配筋率,箍筋全长加密;进行设防烈度下的弹性楼板应力分析,对应力集中的部位进行针对性的加强,确保楼板能可靠地传递水平力;楼板错层处剪力墙的抗震等级提高一级等。

　　 实际工程中,许多判别为楼板局部不连续的结构,在中震下楼板应力验算都满足要求,对整体指标基本没影响,只需要基于计算结果进行局部构造加强,没有必要提高整体结构安全度。另外,高层结构一般楼板局部不连续都发生在个别层,对结构体系影响不大,能够满足协调竖向构件、逐层传递水平力的要求。因此建议放宽判断条件,将个别层开洞不纳入不规则项。

　　 因建筑功能导致楼板大开洞常见情况有:建筑功能首层为大堂,需要在建筑二层开洞;建筑功能为中庭,需要在中庭范围内开洞;建筑功能为复式住宅,需要在夹层上开洞。

　　 针对上述几种情况,当前判别条件偏严,根据工程实践,超限高层结构存在1～2层大开洞,不影响结构体系发挥作用,不会影响竖向构件变形协调。只是对局部构件有影响,因此建议仅有1～2层楼板局部不连续可不作为一条不规则项。下面以框架-核心筒结构和部分框支剪力墙结构为例,说明楼板连续开洞的层数不大于2层时,其对结构整体指标的影响情况。

　　 (1)某框架-核心筒结构,39层,高度172.4m,由于建筑要求,2层和3层存在楼板大开洞,结构平面布置如图8所示。以X向计算结果为例,说明楼板不开洞和楼板大开洞的差别。从图9的楼层剪力、层间位移角、扭转位移比和楼层位移的对比结果可知,2层楼板大开洞对上述整体指标影响较小,最大变化量不超3%,说明即使有2层楼板大开洞对框架-核心筒结构的整体性能指标影响也不大。

　　 (2)某部分框支剪力墙结构,62层,高度197m,4层楼面框支转换,2层和3层存在楼板大开洞,结构平面布置如图10所示。以X向计算结果为例,说明楼板不开洞和楼板大开洞的差别。从图11的楼层剪力、层间位移角、扭转位移比和楼层位移的对比结果可知,2层楼板大开洞对上述整体指标影响较小,最大变化量9%,说明即使有2层楼板大开洞对部分框支剪力墙结构的整体性能指标影响也不大。

　　 侧向刚度比作为判断结构竖向软弱层的一项指标,反映了结构抗侧刚度沿竖向的变化情况。侧向刚度不规则通常是由于竖向抗侧力构件不连续、构件截面突变或立面体型收进所引起的,其主要影响范围是软弱层及其上一层的楼层;侧向刚度不规则将导致相应楼层地震剪力突然加大,或传力路径发生变化,有害层间位移角显著加大,产生严重的集中塑性变形,最终使得软弱层在地震下严重损伤甚至引起整体结构倒塌 ^[5]。

　　 针对侧向刚度不规则常用的加强措施包括:加大相应楼层承重构件截面,控制墙柱剪压比,提高竖向构件延性;控制最大楼层层间位移角严于规范限值;体型收进部位上下各2层结构周边竖向构件抗震等级提高一级;通过合理布置减小水平力传递路径等。

　　 《抗规》第3.4.3的条文说明中提到:侧向刚度可取地震下的层剪力与层间位移之比值计算,《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010) ^[6](简称《高规》)给出了侧向刚度比的具体计算方法,对框架结构采用式(1)计算;对框架-剪力墙结构、板柱-剪力墙结构、剪力墙结构、框架-核心筒结构、筒中筒结构,考虑层高修正后采用式(2)计算侧向刚度比。

　　 $\begin{array}{l}\gamma {}_1=\frac{V{}_i\Delta {}_{i+1}}{V{}_{i+1}\Delta {}_i}(1)\\ \gamma {}_2=\frac{V{}_i\Delta {}_{i+1}}{V{}_{i+1}\Delta {}_i}\cdot \frac{h{}_i}{h{}_{i+1}}(2)\end{array}$

　　 式中:γ₁为楼层侧向刚度比;γ₂为考虑层高修正的楼层侧向刚度比;V_i,V_i+1为第i层和第i+1层的地震剪力标准值,kN;Δ_i,Δ_i+1为第i层和第i+1层在地震作用下的层间位移,m。

　　 从楼层侧向刚度比的算法以及刚度比限值两个方面对比,发现当前《高规》与《抗规》对于侧向刚度不规则判别主要存在以下问题:

　　 (1)由式(2)可知,γ₂与层间位移角有关,但公式中并未扣除刚体转动的成分,而在结构中上部楼层,层间位移角中刚体转动成分占比远大于有害层间位移角 ^[7],而有害层间位移角才是楼层实际受力变形和构件损伤的根本原因,因此按照《高规》的计算方法并不能客观描述楼层的真实抗侧性能。

　　 (2)《高规》与《抗规》计算层间位移Δ_i时,采用的是反应谱计算的相邻楼层的节点最大位移,而节点最大位移是经过振型分解反应谱法中SRSS法(均方根法)或CQC法(完全二次项组合法)计算得到的,计算结果均是正值,丢失了方向性;但结构在某阶振型下运动时,还有可能存在相邻楼层向相反方向运动的情况,而当前算法并不能充分考虑相邻楼层反向运动的状态。

　　 (3)《高规》给出的楼层侧向刚度比的计算方法,即使是对于仅有一个标准层的结构,也会由于算法自身的特点,引起侧向刚度比的波动。例如,在结构顶部两层,V_i/V_i+1≈2,而这两层层间位移角大部分是刚体运动成分,数值接近1,因此γ₂≈2。可以看出,当前楼层侧向刚度比结果并不能作为反映结构侧向刚度的客观物理量,容易对结构的实际抗侧性能形成误判。

　　 (4)《抗规》在判断侧向刚度不规则时仅对侧向刚度比的下限作出规定,未规定侧向刚度比的上限,若上下楼层侧向刚度相差过于悬殊,也极易导致层间位移角和结构变形发生突变,出现塑性变形集中,形成易损易破坏的受力状态,因此有必要针对侧向刚度比的上限进行研究并作出规定。

　　 本节针对4.2节第(4)点进行探讨,旨在研究适用于高层结构侧向刚度不规则判别的上限值,完善现行相关条文。

　　 提出以层应变能密度(即各层单位竖向承重构件面积的平均应变能,层应变能密度ρ_iEng=V_iΔ_i/2A_i,其中A_i为层竖向承重构件总面积)作为反映侧向刚度变化的力学指标。以楼层为单位,层应变能密度能直接反映结构在地震作用下各楼层构件的平均受力变形状态,是楼层能量集中程度的一种度量,相应楼层构件的受力变形越大,层应变能密度也越大。

　　 研究了30层和50层框架-剪力墙结构在不同楼层由于截面突变或立面体型收进导致楼层侧向刚度比达到规范限值0.7时,刚度突变楼层与其上一层的应变能密度限值,然后以此限值作为界限,反推出侧向刚度比的上限值。图12列出了30层与50层框架-剪力墙结构各楼层在侧向刚度比达到规范下限值0.7时所对应的该层与其上一层的层应变能密度比限值,图13列出了30层与50层框架-剪力墙结构当各楼层由于侧向刚度突变使得该层与其下一层的层应变能密度比达到图12中对应限值时,这两楼层的侧向刚度比。即图12(a)(或图12(b))中第i层的受力状态与图13(a)或(图13(b))中第i+1层等效。

　　 通过对图13各楼层刚度比上限值进行包络拟合,将建议限值取为0.55,也即结构该层侧向刚度不宜小于相邻下一层的55%,亦或楼层侧向刚度不宜大于相邻上一层的180%(1/0.55≈1.8=180%),因此,根据规范对于层刚度比的定义,建议增加层刚度比上限值1.8作为侧向刚度不规则的判断条件,且从图13中可以看出,两个算例大部分楼层由规范下限值0.7反推得到的层刚度比上限值均小于或接近1.8,可以保守认为,当结构各楼层侧向刚度比达1.8时上下相邻两层的受力状态与侧向刚度比达规范下限值0.7时等效,一旦超过此限值,则需要复核该层的力学性能指标。

　　 《抗规》中竖向抗侧力构件不连续指竖向抗侧力构件(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;美国规范UBC 97 ^[3] 中竖向抗侧力构件不连续的定义为:竖向抗侧力单元在平面内错位距离超过单元长度。结构的竖向荷载的传力途径一般为:板—次梁—主梁—被转换的柱(墙)—转换梁—转换柱。由于转换梁的竖向刚度远小于竖向构件的轴向刚度,导致转换梁的竖向变形较大,使被转换构件和转换柱产生较大内力,形成内力突变的薄弱位置。

　　 当竖向抗侧力构件不连续时,上部刚性墙体的地震倾覆力矩对下部框支柱产生很大的轴向拉、压力,使框支框架在轴向力作用下发生破坏。若转换构件的刚度较弱,将产生较大挠度,会导致转换构件上部的剪力墙、柱发生破坏 ^[5]。

　　 竖向抗侧力构件不连续常用的加强措施包括:提高转换构件性能目标,转换梁的抗震性能水准应不低于对关键构件的要求;转换层楼板加厚,板钢筋双向双层拉通,并根据大震下应力来控制该部位楼板配筋;框支框架和框支剪力墙按“关键构件”进行性能设计,满足抗震构造措施提高一级要求;提高转换层上两层剪力墙水平和竖向配筋率等。

　　 因建筑功能导致竖向抗侧力构件不连续的常见情况有:建筑底部功能为商业或大开间,上部为住宅或办公,需通过转换实现建筑功能。对于超限高层结构,当不落地剪力墙或框架柱数量很少时,是否将其计入一项竖向不规则项,《抗规》规定不明确,导致工程师在此类规则性判断方面无依据。为方便操作,基于工程实践,建议等效剪切刚度占比(被托换柱等效剪切刚度与总等效剪切刚度之比)或截面面积占比(不落地墙的截面面积与总截面面积之比)小于10%时,可判别其不属于竖向不规则项。下面以两个算例说明。

　　 (1)某部分框支剪力墙结构,62层,高度197m,宽度为17.7m,长度为32.8m,由于建筑要求,3层需要部分框支转换,以X向计算结果为例,说明截面面积占比对结构的整体侧向刚度比和楼层抗剪承载力比的影响。部分框支剪力墙结构平面布置图如图14所示。

　　 从图15(a)侧向刚度比结果可知,当截面面积占比小于10%时,结构转换层的侧向刚度比大于无转换时侧向刚度比;当截面面积占比大于10%而小于20%时,结构转换层的侧向刚度比相比无转换时最大值减小5%。从图15(b)抗剪承载力比结果可知,各种情况下结构转换层的抗剪承载力比都大于无转换结构的。另外,《抗规》第6.1.1条条文说明指出:仅有个别墙体不落地,例如不落地墙的截面面积不大于总截面面积的10%,只要框支部分的设计合理,仍可视为抗震墙结构。

　　 综上所述,当截面面积占比小于10%时,其对转换层的刚度比和楼层抗剪承载力比均影响轻微。

　　 (2)某框架结构,13层,高度53m,宽度为35m,长度为87m,由于建筑要求,2层需要部分梁上立柱转换。以Y向计算结果为例,说明等效剪切刚度占比对结构的整体侧向刚度比和楼层抗剪承载力比的影响。结构平面布置如图16所示。

　　 从图17(a)侧向刚度比结果可知,被托换柱的等效剪切刚度占比越大,结构转换层的侧向刚度比越大,含转换层的模型比无转换模型的侧向刚度比大7%～11%。从图17(b)的抗剪承载力比结果可知,结构转换层的楼层抗剪承载力比均比无转换的大,含转换层的模型比无转换模型的侧向刚度比大19%～29%。

　　 因此,当被托换柱的等效剪切刚度占比小于10%时,其对结构的侧向刚度比和抗剪承载力比均基本无影响。

　　 楼层抗剪承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上,该层全部柱、剪力墙、斜撑的抗剪承载力之和。《抗规》中楼层承载力突变的定义为:抗侧力结构的层间抗剪承载力小于相邻上一楼层的80%。当楼层出现承载力突变时,该楼层视为薄弱层。

　　 《抗规》和《高规》只对承载力之比只做了下限要求,没有规定上限值。工程实践表明,罕遇地震作用下体型收进或者主要构件截面减小的楼层常常首先进入塑性屈服阶段,形成薄弱层。

　　 在强震下竖向构件抗剪承载力不足,薄弱楼层容易发生倒塌,其震害特点主要呈现为薄弱层剪切型倒塌以及柱两端先出铰,使得楼层产生较大非弹性变形,剪力墙则出现X形剪切裂缝 ^[8]。1995年日本阪神大地震中部分高层建筑出现了明显的薄弱层破坏倒塌,如图18中某房屋从SRC柱变为RC柱的过渡层出现楼层整体剪坏倒塌。由此可见,薄弱层在强震下的损坏非常严重,设计中应尽量避免薄弱层的出现,不可避免时应对其充分重视,合理加强。

　　 目前,通常采用放大薄弱层地震力的方式来进行设计,从而放大薄弱层竖向构件的截面和配筋。此外,也可通过增大柱截面,从而降低柱轴压比,增加柱的延性。应尽量避免承载力突变与侧向刚度不规则出现在同一层。

　　 由图18可见,相邻上一层承载力太小也容易形成薄弱层,造成地震作用下薄弱层倒塌。因此有必要对承载力比的上限值作出规定。

　　 从本质上看,楼层抗剪承载力是一种承载能力,对应的需求即是地震剪力,楼层抗剪承载力与地震剪力之比即是“能力需求比”,直接反映了该楼层抗剪是否满足需求。图18中薄弱层出现倒塌的原因就在于该楼层抗剪承载力急剧减小,但地震剪力并未明显减小,该楼层“能力需求比”不满足要求。当上下楼层的抗剪“能力需求比”一致时,可以认为上下楼层的抗震能力基本一致。本文基于本楼层的相邻上一层与相邻下一层具有相同的“能力需求比”,来对本层与相邻上一层抗剪承载力的上限值进行推导。推导过程如下:设λ_i为建筑第i层的“能力需求比”,则λ_i=V_i,y/V_i′,其中V_i′为第i层地震作用下楼层剪力,V_i,y为第i层楼层抗剪承载力。根据前文假定,有λ_i+1=λ_i-1。当i-1层楼层抗剪承载力不小于i层的80%,即 V_i-1,y / V_i,y≥0.8时,那么抗剪承载力比上限值为:

　　 $\begin{array}{l}\frac{V{}_{i,\text{y}}}{V{}_{i+1,\text{y}}}=\frac{V{}_{i,\text{y}}}{V{}_{i+1}´\lambda {}_{i+1}}=\frac{V{}_{i,\text{y}}}{V{}_{i+1}´\lambda {}_{i-1}}\\ =\frac{V{}_{i,\text{y}}}{V{}_{i-1,\text{y}}}\frac{V{}_{i-1}´}{V{}_{i+1}´}\le \frac{1}{0.8}\frac{V{}_{i-1}´}{V{}_{i+1}´}(3)\end{array}$

　　 可见,楼层抗剪承载力比上限值与地震作用下楼层剪力比有直接关系。从现有的31个超限项目中,找到7栋较为典型的不同高度和结构特点的建筑,包括转换层、平面收进、加强层等,从而考察上下楼层剪力比的变化趋势。对这7栋超限高层项目地震作用下楼层剪力比进行统计,如图19所示。由图19可知,对目前常见体系的高层建筑,除裙房收进楼层和顶部部分楼层外,大部分楼层与相邻上一层剪力比在1.0～1.15区间内,且波动范围不大。地震作用下的楼层剪力属于外部荷载,主要与上、下楼层相对质量和抗侧刚度有关,对上、下楼层质量相差不大的建筑结构,楼层剪力的变化是相对均匀的。对于平面较为均匀的楼层,楼层剪力比约为1.05,而对于上、下楼层质量相差较大的楼层(转换层、塔楼平面收进层),楼层剪力比约为1.15。因此假定γ_i′/V_i+1′=1.15,那么V_i-1′/V_i+1′=1.15²,根据公式(3),可反推出第i层的抗剪承载力约为第i+1层的1/0.8×1.15²=1.65倍。因此,从“能力需求比”一致的角度,对于上、下楼层质量或刚度变化较大的部位,若层间抗剪承载力小于相邻上一层的80%被判断为承载力突变,那么层间抗剪承载力大于相邻上一层的165%(规范一致的表述方式则是层间抗剪承载力小于相邻下一层的60%)也应视为承载力突变。裙房收进楼层由于上、下楼层的平面和质量变化较大,楼层剪力比值突变较大;而顶部的楼层由于地震剪力衰减较快,楼层剪力比较小,限值不再适用。

　　 本文针对《抗规》表3.4.3-1和表3.4.3-2不规则类型判别条件给出修订建议,如表2所示。

　　 本文对近几年完成的31个超限工程项目的结构体系以及高度进行分类统计得到的结果如图20和图21所示。其中框架-核心筒结构体系最多,有14个,占总数的45%。房屋高度类别较为均匀,A级房屋高度的工程有10个,B级的有11个,超B级的有10个。

　　 对31个超限工程的不规则类型数量进行统计,如表3所示。其中平面不规则共有52项,竖向不规则共有33项,平面不规则比竖向不规则数量多57%。平面不规则中扭转不规则的工程数量最多,有25个,占所有工程数量的80.6%。竖向不规则中侧向刚度不规则的工程数量最多,有18个,占所有工程数量的58.1%。根据本文建议的不规则判别条件,重新对31个超限项目进行判别,不规则项数量有所减少,其中平面不规则明显减少,共有38项,竖向不规则总数变化不大,共有35项。

　　 采用本文建议的判别条件重新对此31个超限工程项目进行不规则项判别,统计的不规则项数量见表3。限于篇幅,简要分析如下:

　　 (1)扭转不规则的数量从25个变为19个,减少的6个项目中有5个框架-核心筒结构和1个框架-剪力墙结构。框架-核心筒结构在底部因裙房导致部分楼层扭转位移比超出限值,但按剪力增大系数统计最大剪力增大系数为1.14～1.16;框架-剪力墙结构因为存在突出角部的剪力墙使位移比大于1.2,但角部剪力墙的剪力增大系数为1.17。此6个项目按本文修订建议不属于扭转不规则。

　　 (2)凹凸不规则的数量从11个变为8个,减少3个项目中,1个项目是底部裙房凹凸超过相应投影方向的30%,但另一方向与投影长度之比大约为60%,按本文修订建议判断为不超限;1个项目为工字形住宅,1个项目为十字形住宅,此2个项目突出部位宽度与投影长度之比大于30%,按本文修订建议不计入超限。

　　 (3)楼板局部不连续的数量从16个变为11个,减少的5个项目属于框架-核心筒结构或框架-剪力墙结构,其中,4个项目有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度50%的楼层数为1层,1个项目楼板有效宽度小于该层楼板典型宽度50%的楼层数为2层,按本文修订建议不计入超限。

　　 (4)侧向刚度不规则的数量从18个变为22个,增加的4个项目中,有3个项目是由于立面体型收进引起侧向刚度比超过上限值,且其收进尺寸均小于25%所引起,另1个项目是由于巨柱转换(构件截面尺寸突变)所引起,按本文修订建议要计入超限。

　　 (5)竖向抗侧力构件不连续的数量从13个变为9个,减少的4个项目中,2个框支剪力墙结构项目的框支剪力墙的面积占该层剪力墙总面积的6%,小于10%,按本文修订建议不计入超限;1个框架-核心筒结构项目和1个框架-剪力墙结构项目的托换柱的等效剪切刚度分别占该层等效剪切刚度的1%和6%,均小于10%,按本文修订建议不计入超限。

　　 (6)楼层承载力突变的数量从2个变为4个,增加的2个项目中,1个项目由于出现了层高突变,与相邻下一楼层承载力比为0.46,按本文修订建议要计入超限;另1个项目楼层平面整体收进,竖向构件收进大于25%,虽已判别为尺寸突变不规则,但收进楼层与相邻下一楼层承载力比为0.51,按本文修订建议要计入超限。

　　 (1)整体而言,本文建议高层结构不规则判别条件应以满足工程需求为目的,随着技术水平不断提高,适当减少超限工程数量,可减轻工程师工作量,节省建设单位时间。

　　 (2)平面不规则宜以扭转为核心,竖向不规则宜以竖向刚度突变为核心,其他不规则类型为辅。对平面不规则要求适当放松,突出平面不规则所导致的扭转效应。而对竖向不规则进一步细化和加强针对性,确保高层结构在大震下仍具有有效传力路径、合理屈服机制、足够的抗倒塌能力。