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摘 要： 该项目为酒店建筑，主楼为L形高层建筑，在结构设计中通过限制扭转位移比和偏心率来控制结构的扭转效应至关重要;同时对于L形结构，有必要进行多地震作用方向计算，得出最不利工况。
关键词： L形高层建筑;超限;扭转位移比;偏心率;周期比;地震作用方向
1 工程概况
项目位于江苏省扬州市江都区，建筑占地呈矩形，77.0m*53.4m，由25层主楼和4层裙房及2层地下室组成，总建筑面积6.7万m2。主楼建筑高度99.10m，裙房高度24.35m。其平面关系见图1。结构设计使用年限为50年，安全等级为一级，抗震设防烈度为7度（0.15g），设计地震分组为第一组，场地土类别为III类，结构抗震设防类别为普通设防类（丙类），承载力设计时按基本风压的1.1倍0.45 kN/m2计算，地面粗糙度为B类。
2 结构体系及布置
本工程地下室结构连为一体，上部结构主楼和裙房若不设抗震缝，将会存在如下问题：
（1）对照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.4节关于结构平面布置的要求，主楼为L形，其平面尺寸参数如下：
L/B=563.4/21.9=2.43<6.0，满足规范要求;
l/Bmax=（58.7-21.9）/58.7=0.63>0.35，不满足规范要求;
l/b=（58.7-21.9）/12.95=2.8>2.0，不满足规范要求;
为平面不规则结构。
（2）对照《高规》第3.5节关于结构竖向布置的要求，其中第3.5.5条“当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的75%”，本工程H1/H=24.35/99.10=0.25，而B1/B=21.9/77.0=0.28，远小于规范要求的0.75，属于竖向不规则结构。
（3）对照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一，具有表1所列某一项不规则的高层建筑工程即为超限高层。按《高规》10.6.3条第1款，上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%，本工程明显存在第6项塔楼偏置的情况，属于超限高层建筑。
综合以上所述三点，从经济性和可行性的角度出发，为降低结构复杂程度，避免出现超限高层的情况，在主楼和裙房间设150mm宽抗震缝，将主楼和裙房分开，裙房采用框架结构，主楼采用框架—抗震墙结构。
主楼抗侧力构件布置见图2。下部轴压比较大楼层框架柱采用型钢混凝土柱（基础顶至地上8层），混凝土截面900mm*900mm不变，型钢截面由H600*300*20*30向H600*300*12*18逐步过渡，钢材强度等级为Q345 B级，混凝土强度等级为C50。8层以上楼层采用普通钢筋混凝土柱，柱截面由900mm*900mm向700mm*700mm逐步过渡，混凝土强度等级也逐步降至C30。抗震墙厚度由400mm逐步过渡至200mm。主要框架梁的截面为400mm*800mm。采用现浇钢筋混凝土楼盖，正常楼板厚度为120mm，端部两跨及转角处适当加大至150mm。
3 结构不规则情况及设计措施
本工程整体分析计算采用PKPM-SATWE（2010版）软件，结构计算振型数为24，X向的有效质量系数99.50%，Y向的有效质量系数99.98%，满足《高规》5.1.13条之要求。
平面形状为L形，属于平面不规则结构。这类结构在地震中往往容易发生扭转破坏，因此国内外的相关规范都对其抗震性能指标做出了限制。结合《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，在设计过程中对照表2，对结构各项参数进行了严格控制，使其不规则类型不多于2项。
表2中1～5项为平面不规则，本工程不存在3～5项所述凹凸不规则、组合平面、楼板不连续的情况，所以要严格控制或减轻前两项扭转不规则和偏心布置的影响。6～9项所述不规则属竖向不规则，其中7～9项所述尺寸突变、构件间断、承载力突变等情况未出现，故需在抗侧力构件布置过程中，结合建筑沿竖向层高方面的变化，避免出现刚度突变。
3.1 扭转不规则
扭转不规则是指“在规定水平力作用下，楼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”，该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力。本工程在考虑双向地震作用和偶然偏心的情況下，X向最大扭转位移比为1.34，出现在第2计算层，Y向最大扭转位移比为1.31，出现在第28计算层，均未超过表1第1项要求的1.4的限值。针对本工程扭转不规则的特点，在设计中着力限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值，以避免二者相近，引起振动耦联，从而达到提高结构抗扭刚度的目的。其前3振型的周期见表3， Tt/ T1=2.2226/2.8463=0.78，较为理想。
3.2 偏心布置
偏心布置的涵义是“偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大”，本工程不存在相邻层质心相差较大的情况，针对偏心距大于0.15的控制要求，按《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ 99-98 附录二计算偏心率如下：
式中、分别为所计算楼层在x和y方向的偏心率，、分别为x和y方向水平作用合力线到结构刚心的距离，、分别为x和y方向的弹性半径，、分别为计算楼层各抗侧力构件在x和y方向的侧向刚度之和，为所计算楼层的扭转刚度，x、y为以刚心为原点的抗侧力构件坐标。第2计算层的刚心、质心位置见图3，的1～10层偏心率见表4。
由表4可以看出，2～10层中x向偏心率最大值为14.75%，出现在第6计算层;y向偏心率最大值为14.49%，出现在第7计算层（第1计算层为地下室，因不计算地震作用，故可不考虑其偏心率），满足15% 的限值要求。 4 地震作用方向对地震效应的影响
在PKPM软件中，“地震作用最大方向”指的是地震能量最大的方向。当需要衡量其它的地震作用效应时，如某一构件的内力、结构整体和局部变形等，相应的地震作用最大方向是不同的。
对于平面L形结构，由于几何形状的特殊性，结构的变形受地震作用方向的影响是十分明显的。而实际的地震作用方向是随机的，不一定严格按X方向或Y方向对结构进行作用。因此，必要时应沿不同方向对结构输入水平地震作用，计算出最不利的地震反应，加以分析应对。
本工程利用SATWE计算出的地震最大作用方向是83.519°，而结构质心和刚心的连心与X轴的最大夹角为44.19°，垂直于偏心方向的角度为-45.81°。在结构计算时采用了0°、83.519°、-45.81°和15°、30°、45°六个角度，其计算结果见表5。在所有试算的角度中，扭转位移比和层间位移角最大的是83.519°，即计算所得的地震最大作用方向，由此验证了对平面不規则结构进行不同方向抗震性能验算的必要性。其中不同的地震作用方向包括地震最大作用方向、主要抗侧力构件方向、垂直和平行于质心-刚心连线的方向，以及其它可能的方向，如本工程按15°递增取得地震方向。针对不同的地震作用效应，通过计算和对比寻找出最不利的地震作用方向，采取相应的控制手段。
5 结论
（1）对于L形结构，扭转不规则是其主要不规则性态，在扭转位移比无法满足小于1.2的情况下，应合理布置抗侧力构件，尽量使其不超过1.4;同时应着力限制周期比，以避免二者相近，引起振动耦联，从而达到提高结构抗扭刚度的目的。
（2）控制偏心，即尽量使刚心和质心重合，是理想的设计目标。当不能实现二者完全重合时，应严格控制其偏心率，合理的刚心位置将对控制扭转位移比起到至关重要的作用。
（3）针对不同的地震作用效应，相应的地震作用最大方向也是不同的，在进行地震效应验算时，有必要改变进行地震作用方向，得出最不利情况，并加以分析和应对。
参考文献
[1] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社，2010.
[2] JGJ 3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2010.
[3] JGJ 99-98.高层民用建筑钢结构技术规程.中国建筑工业出版社，1998.
[4] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点. 中华人民共和国建设部，2006.
关键词： L形高层建筑;超限;扭转位移比;偏心率;周期比;地震作用方向
1 工程概况
项目位于江苏省扬州市江都区，建筑占地呈矩形，77.0m*53.4m，由25层主楼和4层裙房及2层地下室组成，总建筑面积6.7万m2。主楼建筑高度99.10m，裙房高度24.35m。其平面关系见图1。结构设计使用年限为50年，安全等级为一级，抗震设防烈度为7度（0.15g），设计地震分组为第一组，场地土类别为III类，结构抗震设防类别为普通设防类（丙类），承载力设计时按基本风压的1.1倍0.45 kN/m2计算，地面粗糙度为B类。
2 结构体系及布置
本工程地下室结构连为一体，上部结构主楼和裙房若不设抗震缝，将会存在如下问题：
（1）对照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.4节关于结构平面布置的要求，主楼为L形，其平面尺寸参数如下：
L/B=563.4/21.9=2.43<6.0，满足规范要求;
l/Bmax=（58.7-21.9）/58.7=0.63>0.35，不满足规范要求;
l/b=（58.7-21.9）/12.95=2.8>2.0，不满足规范要求;
为平面不规则结构。
（2）对照《高规》第3.5节关于结构竖向布置的要求，其中第3.5.5条“当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的75%”，本工程H1/H=24.35/99.10=0.25，而B1/B=21.9/77.0=0.28，远小于规范要求的0.75，属于竖向不规则结构。
（3）对照《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一，具有表1所列某一项不规则的高层建筑工程即为超限高层。按《高规》10.6.3条第1款，上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%，本工程明显存在第6项塔楼偏置的情况，属于超限高层建筑。
综合以上所述三点，从经济性和可行性的角度出发，为降低结构复杂程度，避免出现超限高层的情况，在主楼和裙房间设150mm宽抗震缝，将主楼和裙房分开，裙房采用框架结构，主楼采用框架—抗震墙结构。
主楼抗侧力构件布置见图2。下部轴压比较大楼层框架柱采用型钢混凝土柱（基础顶至地上8层），混凝土截面900mm*900mm不变，型钢截面由H600*300*20*30向H600*300*12*18逐步过渡，钢材强度等级为Q345 B级，混凝土强度等级为C50。8层以上楼层采用普通钢筋混凝土柱，柱截面由900mm*900mm向700mm*700mm逐步过渡，混凝土强度等级也逐步降至C30。抗震墙厚度由400mm逐步过渡至200mm。主要框架梁的截面为400mm*800mm。采用现浇钢筋混凝土楼盖，正常楼板厚度为120mm，端部两跨及转角处适当加大至150mm。
3 结构不规则情况及设计措施
本工程整体分析计算采用PKPM-SATWE（2010版）软件，结构计算振型数为24，X向的有效质量系数99.50%，Y向的有效质量系数99.98%，满足《高规》5.1.13条之要求。
平面形状为L形，属于平面不规则结构。这类结构在地震中往往容易发生扭转破坏，因此国内外的相关规范都对其抗震性能指标做出了限制。结合《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，在设计过程中对照表2，对结构各项参数进行了严格控制，使其不规则类型不多于2项。
表2中1～5项为平面不规则，本工程不存在3～5项所述凹凸不规则、组合平面、楼板不连续的情况，所以要严格控制或减轻前两项扭转不规则和偏心布置的影响。6～9项所述不规则属竖向不规则，其中7～9项所述尺寸突变、构件间断、承载力突变等情况未出现，故需在抗侧力构件布置过程中，结合建筑沿竖向层高方面的变化，避免出现刚度突变。
3.1 扭转不规则
扭转不规则是指“在规定水平力作用下，楼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”，该水平力一般采用振型组合后的楼层地震剪力换算的水平作用力。本工程在考虑双向地震作用和偶然偏心的情況下，X向最大扭转位移比为1.34，出现在第2计算层，Y向最大扭转位移比为1.31，出现在第28计算层，均未超过表1第1项要求的1.4的限值。针对本工程扭转不规则的特点，在设计中着力限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比值，以避免二者相近，引起振动耦联，从而达到提高结构抗扭刚度的目的。其前3振型的周期见表3， Tt/ T1=2.2226/2.8463=0.78，较为理想。
3.2 偏心布置
偏心布置的涵义是“偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大”，本工程不存在相邻层质心相差较大的情况，针对偏心距大于0.15的控制要求，按《高层民用建筑钢结构技术规程》 JGJ 99-98 附录二计算偏心率如下：
式中、分别为所计算楼层在x和y方向的偏心率，、分别为x和y方向水平作用合力线到结构刚心的距离，、分别为x和y方向的弹性半径，、分别为计算楼层各抗侧力构件在x和y方向的侧向刚度之和，为所计算楼层的扭转刚度，x、y为以刚心为原点的抗侧力构件坐标。第2计算层的刚心、质心位置见图3，的1～10层偏心率见表4。
由表4可以看出，2～10层中x向偏心率最大值为14.75%，出现在第6计算层;y向偏心率最大值为14.49%，出现在第7计算层（第1计算层为地下室，因不计算地震作用，故可不考虑其偏心率），满足15% 的限值要求。 4 地震作用方向对地震效应的影响
在PKPM软件中，“地震作用最大方向”指的是地震能量最大的方向。当需要衡量其它的地震作用效应时，如某一构件的内力、结构整体和局部变形等，相应的地震作用最大方向是不同的。
对于平面L形结构，由于几何形状的特殊性，结构的变形受地震作用方向的影响是十分明显的。而实际的地震作用方向是随机的，不一定严格按X方向或Y方向对结构进行作用。因此，必要时应沿不同方向对结构输入水平地震作用，计算出最不利的地震反应，加以分析应对。
本工程利用SATWE计算出的地震最大作用方向是83.519°，而结构质心和刚心的连心与X轴的最大夹角为44.19°，垂直于偏心方向的角度为-45.81°。在结构计算时采用了0°、83.519°、-45.81°和15°、30°、45°六个角度，其计算结果见表5。在所有试算的角度中，扭转位移比和层间位移角最大的是83.519°，即计算所得的地震最大作用方向，由此验证了对平面不規则结构进行不同方向抗震性能验算的必要性。其中不同的地震作用方向包括地震最大作用方向、主要抗侧力构件方向、垂直和平行于质心-刚心连线的方向，以及其它可能的方向，如本工程按15°递增取得地震方向。针对不同的地震作用效应，通过计算和对比寻找出最不利的地震作用方向，采取相应的控制手段。
5 结论
（1）对于L形结构，扭转不规则是其主要不规则性态，在扭转位移比无法满足小于1.2的情况下，应合理布置抗侧力构件，尽量使其不超过1.4;同时应着力限制周期比，以避免二者相近，引起振动耦联，从而达到提高结构抗扭刚度的目的。
（2）控制偏心，即尽量使刚心和质心重合，是理想的设计目标。当不能实现二者完全重合时，应严格控制其偏心率，合理的刚心位置将对控制扭转位移比起到至关重要的作用。
（3）针对不同的地震作用效应，相应的地震作用最大方向也是不同的，在进行地震效应验算时，有必要改变进行地震作用方向，得出最不利情况，并加以分析和应对。
参考文献
[1] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范.中国建筑工业出版社，2010.
[2] JGJ 3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程.中国建筑工业出版社，2010.
[3] JGJ 99-98.高层民用建筑钢结构技术规程.中国建筑工业出版社，1998.
[4] 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点. 中华人民共和国建设部，2006.