平面不规则结构的
判断及调整
编写：黄吉锋
中国建筑科学研究院软件所
目录
1,平面不规则的类型
2,楼层位移比
3,结构周期比
4,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的
调整和设计
5,结构扭转效应控制：扭转不规则结构的
调整和设计
1.平面不规则的类型
? 扭转不规则
? 凹凸不规则
? 楼板局部不连续
平面不规则的类型：扭转不规则
?扭转不规则
? 单向偶然偏心地震作用下的位移比超过 1.2
?扭转特别不规则
? A类高层建筑：单向偶然偏心地震作用下的位移比
超过 1.5，或者 Tt/T1>0.90
? B类高层建筑、混合结构、复杂高层：单向偶然偏
心地震作用下的位移比超过 1.4，或者 Tt/T1>0.85
平面不规则的类型：凹凸不规则
?平面太狭长
? L/B>6 (抗震设防烈度 6,7度）
? L/B>5 (抗震设防烈度 8,9度）
?凹进太多
? l/Bmax >0.35 (抗震设防烈度 6,7度）
? l/Bmax >0.30 (抗震设防烈度 8,9度）
?凸出太细
? l/b >2.0 (抗震设防烈度 6,7度）
? l/b >1.5 (抗震设防烈度 8,9度）
平面不规则的类型：凹凸不规则
平面太狭长
凹入太多
凸出太细
平面不规则的类型：凹凸不规则
狭长平面实例
平面不规则的类型：凹凸不规则
凹
凸
不
规
则
平
面
实
例
平面不规则的类型：凹凸不规则
凹
凸
不
规
则
平
面
实
例
平面不规则的类型,楼板局部不连续
?一般不规则
? 有效宽度 Be小于典型宽度 B的 50%,Be<0.5B
? 开洞面积 At大于楼面面积 A的 30%,At>0.3A
?特别不规则
?有效净宽度 Be小于 5米或一侧楼板最小有效宽度小于
2米
平面不规则的类型,楼板局部不连续
相对有效宽度太小（ <50%）
相对开洞面积太大（ >30%）
绝对有效宽度太小
（总宽 <5m或单侧 <2m）
弹性板
平面不规则的类型,楼板局部不连续
严重楼板局部不连续平面实例：三条占全了！
2.楼层位移比
? 基本概念
? 计算条件
? 相关参量取值
? 几何解释：位移比与形心转心的关系
? 竖向变化规律，位移比立面控制
楼层位移比：基本概念
? 楼层位移比的概念
? 楼层层间位移比的概念
D
D m a x
??
?
?
? m a x?
楼层位移比：相关参量取值
?最大位移, 墙顶、柱顶节点的最大位移
?平均位移, 墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位
移之和除 2
?最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值
?平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小
值之和除 2
?不考虑无柱节点的位移！
?是对结构整体抗扭特性的衡量，是结构
的全局指标，非局部指标。
?为了保证位移比的全局意义，计算位移
比时，应采用 强制刚性楼面假定
?规范仅对地震作用要求位移比控制
楼层位移比：计算条件
楼层位移比：计算条件
取不利结果判断
单向地震计算计入偶然偏心
位移比 < 1.2
取不利结果判断
双向地震计算不计入偶然偏心
单向地震计算计入偶然偏心
位移比> =1,2
单向地震计算不计偶然偏心
楼层位移比：几何解释
?控制楼层的位移比 等价于控制楼层
形心与楼层转动中心的距离 r
?位移比与转动中心的关系：
?
y
y
x
r
B
2
1 ???
x
x
y
r
B
2
1 ???
楼层位移比：几何解释
1
4
3
2
r
B
2
1 ???位移比
0.5B 1.0B 1.5B 2.0B 2.5B
r
B:垂直于地震方
向的楼面宽度
r,形心与转心在
垂直于地震方向
的距离
楼层位移比：几何解释
Br 5.2
2.1
?
?
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比 ?
BB B
转动中心 CR 楼面形心 CS
r=2.5B
楼层位移比：几何解释
Br
Br
Br
50.0
0.2
00.1
5.1
25.1
4.1
?
?
?
?
?
?
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
?
?
?
楼层位移比：竖向变化规律
抗扭刚度抗弯结构总高度；
质量偏心距边长；垂直于地震方向的楼面
比公式偏心地震作用下的位移
在偶然笔者推导了规则单塔楼
/:/:
::
)10(
)2010(2
)3(11
)(
)(
11
20
1)(
:
3
2
2
GJEIH
eL
H
z
F
F
GJH
L eE I
???
??
?
?
??
?
???
?
?
???
楼层位移比：竖向变化规律
扭转位移成分竖向变化规律
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
扭转位移成分F ( z / H )
结构相对标高z
/
H
楼层位移比：如何进行立面控制
?通过考察位移比的竖向变化规律我们知道，
结构 底部的位移比理论上会趋于无穷大,
控制底部楼层的位移比有时难以实行。
?笔者建议,仅对于楼面标高高于结构主体
总高度 1/4的楼层，才按照规范限值控制
其位移比；对于地下室以及楼面标高不高
于结构主体总高度的 1/4的楼层，可以不
必控制其位移比。
楼层位移比：如何进行立面控制
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.5相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.5/3.68)=1.136
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.4相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.4/3.68)=1.109
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.2相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.2/3.68)=1.054
? 如此看来，这个控制已经足够严格了！
3.结构周期比
? 扭转效应与周期比的关系
? 如何选取 Tt,Tx1,Ty1
结构周期比：扭转效应与周期比
? 结构的地震扭转反应与两个因素有关：一
是偏心率，二是周期比。用公式表示就是：
??
?
?
??
?
?
??
l
t
T
T
r
e
u
r
,
?
偏心率结构相对扭转反应 周期比
结构周期比：扭转效应与周期比
? 结构扭转效应随周期比的变化曲线
周期比接近 1.0时，扭
转效应出现峰值
结构周期比：扭转效应与周期比
? 周期比接近 1.0时，扭转效应出现峰值，故应
使周期比尽量远离 1.0
? 理论上宜控制双向周期比均满足限值,
? 实际运用时,可采用较松的做法,满足下式即可,
)85.0(9.0)85.0(9.0
11
??
y
t
x
t
T
T
T
T
)85.0(9.0
),m ax ( 11
?
yx
t
TT
T
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
向平动为主的第一周期以
向平动为主的第一周期以
以扭转为主的第一周期
YT
XT
T
y
x
t
:
:
:
1
1
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?何为扭转为主？
? 整体振动
? 扭转成分超过 80%
?何为平动为主？
? 整体振动
? 平动成分超过 80%
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
振型 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.4541 3.44 0.98 ( 0.98+0.00 ) 0.02
2 1.3492 123.47 0.06 ( 0.02+0.04 ) 0.94
3 1.1973 91.85 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04
4 0.4985 4.10 0.97 ( 0.96+0.01 ) 0.03
5 0.4653 140.25 0.06 ( 0.03+0.02 ) 0.94
6 0.3877 92.42 0.62 ( 0.00+0.62 ) 0.38
7 0.2381 0.27 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01
8 0.2182 57.47 0.05 ( 0.02+0.04 ) 0.95
9 0.1699 91.58 0.97 ( 0.00+0.96 ) 0.03
平动为主
扭转为主
混合振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
这样的局部平动振型对应的周期
不能作为验算周期比的素材，
要采用强制刚性楼板假定以获得整体平动振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
采用强制刚性楼板假定后变成整体平扭振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
这样的局部扭转振型对应的周期
也不能作为验算周期比的素材，
要采用强制刚性楼板假定获得整体扭转振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
采用强制刚性楼板假定后变成整体扭转振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?何为“第一”,“第二”,“第 N” 振
型？
有几个,振幅零点” 就是第几阶振型
第一振型 第二振型 第三振型
一
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
二
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
三
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?周期比验算中所用到的周期 Tt,Tx1,Ty1,均为
“第一”,不应取其余。
?“第二,,“第三”，乃至于“第 N”均为不可
取。
?X,Y应理解为结构的刚度主轴，一般不同于
用户建模时所采用的坐标轴
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
1xT1yT
沿结构刚度主轴方向的第一侧振周期示意
X
Y
4,楼面凹凸不规则、楼板不连
续结构的调整和设计
?合法
?分法
?基于性能的抗震设计
– 主体结构
? 如何定义弹性板
? 关注有效质量系数
– 弱连系楼盖
– 主体结构独立工作复核
– 构造加强
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
?通过楼面调整消除凹凸不规则或楼
板不连续，基本方法两种,
? 合法,增设楼板（拉板、拉梁或阳
台板、空调设备平台板）
? 分法,设缝分割为若干规则子结构，
低矮的弱连廊采用滑支座等
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
? 合法：红色的拉板或蓝色的设备板
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
? 分法, 设防震缝或滑动铰支
防震缝 防震缝，滑动铰支
连廊
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
若经 分、合 二法调整未果，或受到客观
条件限制不能作此类调整，则须对此类
不规则结构采用更为严格的方法进行基
于性能的抗震设计，设计要点如下：
?主体结构设计：中震弹性设计
考虑弹性楼板；
偶然偏心、双向地震取不利；
位移角及承载力均作小震、中震双控；
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
弹性板
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
楼板局部
大开洞造
成的明显
的薄弱部
位应定义
弹性板
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
弹性板
楼板开洞较多或较复杂时应 整层 定义弹性板
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
弹性板
多塔
楼
之间
的
连廊
应
定义
成
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
?刚性楼板假定
? 面内刚度无限大，面外刚度为零
?适用范围
? 楼板面内刚度足够大的工程，但板厚
较小（ <150mm）
?梁刚度放大
? 以此近似考虑楼板的 面外刚度
在楼板规则的多
数工程中应用！
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弹性楼板 6
? 考虑楼板的面内刚度和面外刚度
? 采用壳单元
?适用范围
? 主要用于厚板转换层、板柱体系
?注意
? 普通结构中应用，会减小梁的配筋结果
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
主要用于
转换厚板
?弹性楼板 3
? 面内刚度无限大，考虑楼板的面外刚度
? 采用板弯曲单元
?适用范围
? 面内刚度很大，又不可忽略面外刚度的结构
? 板柱体系、板柱剪力墙体系
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
主要用于
板柱体系
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
?弹性膜
? 考虑楼板的面内刚度，面外刚度为零
? 采用平面应力膜单元
?适用范围
? 要考虑面内刚度，可以忽略面外刚度的结构
? 多数楼面凹凸不规则、楼板不连续、大开洞
结构，均可应用。
主要用于 楼面凹凸不
规则、楼板不连续、
大开洞结构
在不采用等代杆系时，楼板可如下考虑,
IF( 厚板转换层 )THEN
弹性板 6
ELSEIF(板柱体系、板柱抗震墙体系） THEN
IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续） THEN
弹性板 6
ELSE
弹性板 3
ENDIF
ELSE
IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续） THEN
弹性膜（板较厚时用弹性板 6）
ELSE
刚性楼板假定（板较厚时用弹性板 3）
ENDIF
ENDIF
楼板模型的使用逻辑：总结
实
际
工
程
可
按
照
本
逻
辑
对
号
入
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时，
要特别关注 有效质量系数 是否达到了 90%！
?楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时，
往往 要指定较多参与振型 才能使有效质量系
数达到要求！
?楼面不规则结构应特别关注 有效质量系数
?要指定较多参与振型的原因是 结构存在大量
局部振动振型，每个振型对地震反应的贡献
都较小。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第一标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第二标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第三标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第四标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第五标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第六标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架空间透视图
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
SATWE里，这两个勾都打上，
就是所谓双向地震、偶然偏心
取不利。 PMSAP,TAT也类似。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弱连系楼盖设计：大震弹性设计
在小震作用下，弱连系楼盖的水平剪力至少应达到单
侧主体结构上的地震作用力，其余内力按此比例放大。
单侧主体结构
地震作用 F
楼盖剪力 V
在此基础上，再将小震下弱连系楼盖的地震内力按大震作进一步
的放大，以用来做相应性能水准的抗震设计。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弱连系楼盖设计,为何弱连系楼盖的水平剪力至少
应调整至单侧主体结构上的地震作用力？
由于对称性，沿短轴的地震作用不能在连廊
上激起剪力，所以仅凭计算是不可靠的！
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?两侧结构独立工作复核：大震弹性设计
当弱联系楼盖凹凸或不连续足够严重，以至于
不能满足上述的大震弹性设计要求，则应对两
侧主体结构、按独立工作进行大震弹性设计
?两侧结构独立工作复核示意
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
对去掉连廊的剩余部分作大震弹性计算
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?采取构造措施，加强抗震延性
? 若不规则较严重，整体结构抗震等级提高一级
? 对楼板阴角、弱联系楼板加厚及双层双向贯通
配筋或设置开孔钢板
? 薄弱楼盖与主体结构交接处及其附近构件，在
抗震等级提高一级的基础上，进一步保守设计，
提高延性
5.结构扭转效应控制
?总纲
?单塔楼结构的平面布局调整
? 质量和刚度分布的均匀化调整
? 结构内外圈刚度比例调整
? 特别值得强调的事
? 示例
?多塔楼结构的平面布局调整
? 总原则
? 同基多塔结构：验算分塔周期比
? 上部有强连接的同基多塔结构：补充验算整体周期比
?基于性能的抗震设计（中震弹性）
结构扭转效应控制：总纲
? 当结构位移比不能控制在 1.4(1.5)以内
? 当结构周期比不能控制在 0.85(0.9)以内
结构将被视为平面特别不规则，此时，有
两种选择可供考虑,
?
?
?
?
?
)85.0(9.0
)4.1(5.1
.1
lt TT
?
调整平面布局使得：
中震弹性计算）以加强之作基于性能的抗震设计
，同时对结构调整平面布局使得：
(
95.0
8.1
.2
?
?
?
?
?
lt TT
?
结构扭转效应控制,单塔楼结构的
平面布局调整
如果某单塔楼结构不能满足高规 （ 4.3.5） 条
的位移比要求或者周期比要求, 就说明该结构
或者 刚度分布和质量分布的均匀性差, 或者 抗
扭能力不足, 或者 二者兼具之 。 这时需要对结
构做适当调整以谋求改善 。 通常可以按下面的
次序进行调整：
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?质量和刚度分布的均匀化调整（减小偏心率 e/r）
? 观察振型，了解平面各个部位的相对强弱，根据
总体刚度情况,或削强, 或补弱 。
? 经过调整，直到结构出现足够纯粹的主振型，
均匀化调整 即告完成。
? 侧振（扭振）成分超过 80%的振型可视为较纯粹的
侧振（扭振）振型。
振型 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.4541 3.44 0.98 ( 0.98+0.00 ) 0.02
2 1.3492 123.47 0.06 ( 0.02+0.04 ) 0.94
3 1.1973 91.85 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04
4 0.4985 4.10 0.97 ( 0.96+0.01 ) 0.03
5 0.4653 140.25 0.06 ( 0.03+0.02 ) 0.94
6 0.3877 92.42 0.62 ( 0.00+0.62 ) 0.38
7 0.2381 0.27 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01
8 0.2182 57.47 0.05 ( 0.02+0.04 ) 0.95
9 0.1699 91.58 0.42 ( 0.00+0.42 ) 0.58
较纯粹的
平动振型
较纯粹的
扭转振型
不纯粹的
平动振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
不纯粹的
扭转振型
何谓纯粹?
比较纯粹的平动振型不怎么纯粹的平动振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
何谓纯粹?
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?结构内外圈刚度比例调整 （ 减小周期比 Tt/T1）
? 在偏心率已经得到充分控制的前提下, 进一步调节结
构楼面的内, 外圈刚度比例关系, 通过 相对加强 楼层
的外圈刚度, 以增强结构抗扭能力, 从而可以使周期
比减小乃至于满足要求 。
? 所谓相对加强, 其含义为：如果整体结构的抗侧力刚
度不够强, 位移角刚刚能够满足规范要求, 这时需要
加强外圈刚度；如果整体结构的抗侧力刚度已经足够
强, 位移角远小于规范限值, 这时也可以考虑削弱结
构内筒的刚度 。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?特 别 值 得 强 调 的 事
? 在结构的刚度、质量均匀性未调整至足够好，以
至于结构的一阶振型中不存在 足够纯粹 的侧振振
型和扭振振型时,验算周期比近乎徒劳,此时的
周期比满足或者不满足要求，都不能说明任何问
题。
? 先 调刚度和质量的均匀性； 再 加强外圈提高抗扭
能力； 最后 验算周期比、位移比：这个顺序不能
颠倒或遗漏。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
? 概念性示例
这里 给出一个示意性例题，以便 从概念
上直观地显示 上述的两步调整。该例题
是由同一个标准层形成的 10层框剪结构，
层高均为 3.3m,各跨跨度均为 6m。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
由于剪力墙的不对称布置，初始结构平面导致
结构沿短轴方向不存在清晰的平动振型，这意
味着较大偏心率的存在；
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
通过对称地布置剪力墙，结构平面消除了偏心率，出现了
纯粹的平动振型和纯粹的扭转振型，但是该平面导致第一
振型为扭转，不能满足周期比要求，这说明其抗扭刚度不
足；
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
将对称布置的剪力墙保持对称地外移, 形成 上图 平面,结构
外圈的刚度得到加强, 扭转周期后移, 周期比被控制在 0.9
以内 。
? 周期比调整工程实例
某 14层高层结构，转换层在第三层，转
换层以上 11层。第二周期为扭转周期，
周期比 = 1.456/1.579 = 0.922 > 0.85,不满
足规范要求。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
转换层及以下平面 (计 3层 ) 转换层以上平面 (计 11层 )
序号 周期 转角 属性 扭转成分 平动成分
1 1.578510 8.1 X 0.14 0.86
2 1.455939 -22.4 TORSION 0.81 0.19
3 1.266284 91.4 Y 0.06 0.94
层号 节点 最大位移 平均位移 位移比
1 2 1.54 1.18 1.30
2 186 4.26 3.32 1.28
3 316 6.18 4.93 1.25
4 547 6.68 5.41 1.23
5 797 7.38 6.08 1.21
6 1033 8.16 6.82 1.20
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整之前的周期比和位移比
周期比
=0.922>0.85
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
通过外周
加墙调整
后的转换
层及以下
平面
转换层
以上平面
不必调整！
序号 周期 转角 属性 扭转成分 平动成分
1 1.436491 -1.8 X 0.02 0.98
2 1.086506 87.5 Y 0.01 0.99
3 1.045773 57.8 TORSION 0.92 0.08
层号 节点 最大位移 平均位移 位移比
1 48 0.98 0.89 1.10
2 223 2.77 2.42 1.14
3 358 4.24 3.59 1.18
4 736 4.78 4.04 1.18
5 986 5.56 4.71 1.18
6 1221 6.43 5.45 1.18
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整之后的周期比和位移比
周期比
=0.728<0.85
调整后的第一振型调整前的第一振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整后的第二振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整前的第二振型
调整后的第三振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整前的第三振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
1.调整前周期比,Tt/T1= 1.456/1.579 = 0.922 > 0.85
调整后周期比,Tt/T1= 1.046/1.436 = 0.728 < 0.85
2.调整前最大位移比,Umax/Uaver=1.30
调整后最大位移比,Umax/Uaver=1.18
汇总本工程调整前后的扭转指标变化：
3.调整前振型纯粹性（前三个）,0.86 0.81 0.94
调整后振型纯粹性（前三个）, 0.98 0.99 0.92
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例?周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
几
何
上
规
则、
抗
侧
刚
度
大
但
周
振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94
2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06
3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97
5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03
6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00
7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50
8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95
9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94
第一振型为扭转
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
?
周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
平面貌似规整的剪力墙结构，第一振型为扭转
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
?
周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
平面貌似规整的框筒结构，第一振型为扭转
几
何
上
规
则，
但
周
期
比
超
限
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整小结
?周期比侧重控制什么？
? 周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对
关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布
置 兼顾 抗侧刚度和抗扭刚度，从而有效减小地震扭转效应。
?周期比控制的认识误区
? 抗侧力刚度大，就意味着抗扭特性好
? 几何上、视觉上很规则，就意味着抗扭特性好
?记住改善周期比的两招
? 抗侧力刚度均匀布置
? 相对加强外圈
非也！
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
总原则
?各塔之间宜均衡
?同一塔内宜均衡
?位移比采用整体模型计算，且宜对每一楼
层的各个塔块采用强制刚性楼板假定
?周期比可分塔验算，上部有强连接的多塔
应补充验算整体周期比
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?同基多塔结构：验算分塔周期比
对于同基多塔结构, 将各个塔楼 与裙房
交界处, 与连廊交界处 切开, 只保留各
单塔楼主体结构范围以内的部分, 从而
形成多个独立的单塔 。 对每个独立的单
塔, 依据上节调整控制其扭转效应, 验
算其周期比 。
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?无上连多塔的分拆示意
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?有上连多塔的分拆示意
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?上部有强连接的同基多塔结构：验算整体
周期比
如果多塔结构存在足够强的上部连接，以至于这
些连接能够使 两个或多个塔楼形成整体的扭转振
型,那么此时应进一步在分拆调整验算的基础上，
将这几个塔楼作为一个整体（即看成一个复合的
单塔）进行结构计算、进行周期比验算。
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
上部强连接的多塔应验算整体周期比
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
中震弹性计算）以加强之
作基于性能的抗震设计且应在此基础上对结构
，那么底线是至少应满足
，
）（
足：结构经调整后仍不能满
(
95.0
8.1
)85.0(9.0
4.15.1
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
lt
lt
TT
TT
?
?
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
?中震 /大震弹性计算
1）地震影响系数最大值 ALPHAmax
按中震 (2.8倍小震 )或大震 (4.5-6倍小震 )取值
2) 取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）
程序使用：
1）按中震或大震输入 ALPHAmax
2) 构件抗震等级指定为 4级
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
这样
来做
中震
弹性
计算
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
?中震 /大震不屈服计算
1）地震影响系数最大值 ALPHAmax
按中震 (2.8倍小震 )或大震 (4.5-6倍小震 )取值
2) 取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）
3）荷载作用分项系数取 1.0（组合值系数不变）
4) 材料强度取标准值
5） 抗震承载力调整系数 Rre 取 1.0
程序使用：
1）按中震或大震输入 ALPHAmax
2) 点开, 按中震不屈服或大震不屈服做结构设计,
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
这样
来做
中震
不屈
服计
算
参考文献
1.高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002
2.徐培福，傅学怡，王翠坤，肖从真, 复杂
高层建筑结构设计,中国建筑工业出版社,
2005年 2月,
3.徐培福，黄吉锋，韦承基, 高层建筑结构在
地震作用下的扭转振动效应, 建筑科学，
2000年第 1期
判断及调整
编写：黄吉锋
中国建筑科学研究院软件所
目录
1,平面不规则的类型
2,楼层位移比
3,结构周期比
4,楼面凹凸不规则、楼板不连续结构的
调整和设计
5,结构扭转效应控制：扭转不规则结构的
调整和设计
1.平面不规则的类型
? 扭转不规则
? 凹凸不规则
? 楼板局部不连续
平面不规则的类型：扭转不规则
?扭转不规则
? 单向偶然偏心地震作用下的位移比超过 1.2
?扭转特别不规则
? A类高层建筑：单向偶然偏心地震作用下的位移比
超过 1.5，或者 Tt/T1>0.90
? B类高层建筑、混合结构、复杂高层：单向偶然偏
心地震作用下的位移比超过 1.4，或者 Tt/T1>0.85
平面不规则的类型：凹凸不规则
?平面太狭长
? L/B>6 (抗震设防烈度 6,7度）
? L/B>5 (抗震设防烈度 8,9度）
?凹进太多
? l/Bmax >0.35 (抗震设防烈度 6,7度）
? l/Bmax >0.30 (抗震设防烈度 8,9度）
?凸出太细
? l/b >2.0 (抗震设防烈度 6,7度）
? l/b >1.5 (抗震设防烈度 8,9度）
平面不规则的类型：凹凸不规则
平面太狭长
凹入太多
凸出太细
平面不规则的类型：凹凸不规则
狭长平面实例
平面不规则的类型：凹凸不规则
凹
凸
不
规
则
平
面
实
例
平面不规则的类型：凹凸不规则
凹
凸
不
规
则
平
面
实
例
平面不规则的类型,楼板局部不连续
?一般不规则
? 有效宽度 Be小于典型宽度 B的 50%,Be<0.5B
? 开洞面积 At大于楼面面积 A的 30%,At>0.3A
?特别不规则
?有效净宽度 Be小于 5米或一侧楼板最小有效宽度小于
2米
平面不规则的类型,楼板局部不连续
相对有效宽度太小（ <50%）
相对开洞面积太大（ >30%）
绝对有效宽度太小
（总宽 <5m或单侧 <2m）
弹性板
平面不规则的类型,楼板局部不连续
严重楼板局部不连续平面实例：三条占全了！
2.楼层位移比
? 基本概念
? 计算条件
? 相关参量取值
? 几何解释：位移比与形心转心的关系
? 竖向变化规律，位移比立面控制
楼层位移比：基本概念
? 楼层位移比的概念
? 楼层层间位移比的概念
D
D m a x
??
?
?
? m a x?
楼层位移比：相关参量取值
?最大位移, 墙顶、柱顶节点的最大位移
?平均位移, 墙顶、柱顶节点的最大位移与最小位
移之和除 2
?最大层间位移：墙、柱层间位移的最大值
?平均层间位移：墙、柱层间位移的最大值与最小
值之和除 2
?不考虑无柱节点的位移！
?是对结构整体抗扭特性的衡量，是结构
的全局指标，非局部指标。
?为了保证位移比的全局意义，计算位移
比时，应采用 强制刚性楼面假定
?规范仅对地震作用要求位移比控制
楼层位移比：计算条件
楼层位移比：计算条件
取不利结果判断
单向地震计算计入偶然偏心
位移比 < 1.2
取不利结果判断
双向地震计算不计入偶然偏心
单向地震计算计入偶然偏心
位移比> =1,2
单向地震计算不计偶然偏心
楼层位移比：几何解释
?控制楼层的位移比 等价于控制楼层
形心与楼层转动中心的距离 r
?位移比与转动中心的关系：
?
y
y
x
r
B
2
1 ???
x
x
y
r
B
2
1 ???
楼层位移比：几何解释
1
4
3
2
r
B
2
1 ???位移比
0.5B 1.0B 1.5B 2.0B 2.5B
r
B:垂直于地震方
向的楼面宽度
r,形心与转心在
垂直于地震方向
的距离
楼层位移比：几何解释
Br 5.2
2.1
?
?
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比 ?
BB B
转动中心 CR 楼面形心 CS
r=2.5B
楼层位移比：几何解释
Br
Br
Br
50.0
0.2
00.1
5.1
25.1
4.1
?
?
?
?
?
?
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
控制转心与形心的距离
时，相当于控制位移比
?
?
?
楼层位移比：竖向变化规律
抗扭刚度抗弯结构总高度；
质量偏心距边长；垂直于地震方向的楼面
比公式偏心地震作用下的位移
在偶然笔者推导了规则单塔楼
/:/:
::
)10(
)2010(2
)3(11
)(
)(
11
20
1)(
:
3
2
2
GJEIH
eL
H
z
F
F
GJH
L eE I
???
??
?
?
??
?
???
?
?
???
楼层位移比：竖向变化规律
扭转位移成分竖向变化规律
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
扭转位移成分F ( z / H )
结构相对标高z
/
H
楼层位移比：如何进行立面控制
?通过考察位移比的竖向变化规律我们知道，
结构 底部的位移比理论上会趋于无穷大,
控制底部楼层的位移比有时难以实行。
?笔者建议,仅对于楼面标高高于结构主体
总高度 1/4的楼层，才按照规范限值控制
其位移比；对于地下室以及楼面标高不高
于结构主体总高度的 1/4的楼层，可以不
必控制其位移比。
楼层位移比：如何进行立面控制
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.5相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.5/3.68)=1.136
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.4相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.4/3.68)=1.109
? 控制 1/4总高处的位移比小于 1.2相当于控
制顶层位移比小于 (1+0.2/3.68)=1.054
? 如此看来，这个控制已经足够严格了！
3.结构周期比
? 扭转效应与周期比的关系
? 如何选取 Tt,Tx1,Ty1
结构周期比：扭转效应与周期比
? 结构的地震扭转反应与两个因素有关：一
是偏心率，二是周期比。用公式表示就是：
??
?
?
??
?
?
??
l
t
T
T
r
e
u
r
,
?
偏心率结构相对扭转反应 周期比
结构周期比：扭转效应与周期比
? 结构扭转效应随周期比的变化曲线
周期比接近 1.0时，扭
转效应出现峰值
结构周期比：扭转效应与周期比
? 周期比接近 1.0时，扭转效应出现峰值，故应
使周期比尽量远离 1.0
? 理论上宜控制双向周期比均满足限值,
? 实际运用时,可采用较松的做法,满足下式即可,
)85.0(9.0)85.0(9.0
11
??
y
t
x
t
T
T
T
T
)85.0(9.0
),m ax ( 11
?
yx
t
TT
T
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
向平动为主的第一周期以
向平动为主的第一周期以
以扭转为主的第一周期
YT
XT
T
y
x
t
:
:
:
1
1
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?何为扭转为主？
? 整体振动
? 扭转成分超过 80%
?何为平动为主？
? 整体振动
? 平动成分超过 80%
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
振型 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.4541 3.44 0.98 ( 0.98+0.00 ) 0.02
2 1.3492 123.47 0.06 ( 0.02+0.04 ) 0.94
3 1.1973 91.85 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04
4 0.4985 4.10 0.97 ( 0.96+0.01 ) 0.03
5 0.4653 140.25 0.06 ( 0.03+0.02 ) 0.94
6 0.3877 92.42 0.62 ( 0.00+0.62 ) 0.38
7 0.2381 0.27 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01
8 0.2182 57.47 0.05 ( 0.02+0.04 ) 0.95
9 0.1699 91.58 0.97 ( 0.00+0.96 ) 0.03
平动为主
扭转为主
混合振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
这样的局部平动振型对应的周期
不能作为验算周期比的素材，
要采用强制刚性楼板假定以获得整体平动振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
采用强制刚性楼板假定后变成整体平扭振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
这样的局部扭转振型对应的周期
也不能作为验算周期比的素材，
要采用强制刚性楼板假定获得整体扭转振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
采用强制刚性楼板假定后变成整体扭转振型
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?何为“第一”,“第二”,“第 N” 振
型？
有几个,振幅零点” 就是第几阶振型
第一振型 第二振型 第三振型
一
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
二
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
三
阶
振
型
实
例
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
何谓振型
的“阶”？
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
?周期比验算中所用到的周期 Tt,Tx1,Ty1,均为
“第一”,不应取其余。
?“第二,,“第三”，乃至于“第 N”均为不可
取。
?X,Y应理解为结构的刚度主轴，一般不同于
用户建模时所采用的坐标轴
结构周期比：如何选取 Tt,Tx1,Ty1
1xT1yT
沿结构刚度主轴方向的第一侧振周期示意
X
Y
4,楼面凹凸不规则、楼板不连
续结构的调整和设计
?合法
?分法
?基于性能的抗震设计
– 主体结构
? 如何定义弹性板
? 关注有效质量系数
– 弱连系楼盖
– 主体结构独立工作复核
– 构造加强
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
?通过楼面调整消除凹凸不规则或楼
板不连续，基本方法两种,
? 合法,增设楼板（拉板、拉梁或阳
台板、空调设备平台板）
? 分法,设缝分割为若干规则子结构，
低矮的弱连廊采用滑支座等
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
? 合法：红色的拉板或蓝色的设备板
结构楼面凹凸不规则、楼板不
连续的调整
? 分法, 设防震缝或滑动铰支
防震缝 防震缝，滑动铰支
连廊
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
若经 分、合 二法调整未果，或受到客观
条件限制不能作此类调整，则须对此类
不规则结构采用更为严格的方法进行基
于性能的抗震设计，设计要点如下：
?主体结构设计：中震弹性设计
考虑弹性楼板；
偶然偏心、双向地震取不利；
位移角及承载力均作小震、中震双控；
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
弹性板
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
楼板局部
大开洞造
成的明显
的薄弱部
位应定义
弹性板
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
弹性板
楼板开洞较多或较复杂时应 整层 定义弹性板
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
如
何
定
义
弹
性
楼
板
弹性板
多塔
楼
之间
的
连廊
应
定义
成
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
?刚性楼板假定
? 面内刚度无限大，面外刚度为零
?适用范围
? 楼板面内刚度足够大的工程，但板厚
较小（ <150mm）
?梁刚度放大
? 以此近似考虑楼板的 面外刚度
在楼板规则的多
数工程中应用！
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弹性楼板 6
? 考虑楼板的面内刚度和面外刚度
? 采用壳单元
?适用范围
? 主要用于厚板转换层、板柱体系
?注意
? 普通结构中应用，会减小梁的配筋结果
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
主要用于
转换厚板
?弹性楼板 3
? 面内刚度无限大，考虑楼板的面外刚度
? 采用板弯曲单元
?适用范围
? 面内刚度很大，又不可忽略面外刚度的结构
? 板柱体系、板柱剪力墙体系
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
主要用于
板柱体系
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?
考
虑
楼
板
的
几
种
方
式
?弹性膜
? 考虑楼板的面内刚度，面外刚度为零
? 采用平面应力膜单元
?适用范围
? 要考虑面内刚度，可以忽略面外刚度的结构
? 多数楼面凹凸不规则、楼板不连续、大开洞
结构，均可应用。
主要用于 楼面凹凸不
规则、楼板不连续、
大开洞结构
在不采用等代杆系时，楼板可如下考虑,
IF( 厚板转换层 )THEN
弹性板 6
ELSEIF(板柱体系、板柱抗震墙体系） THEN
IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续） THEN
弹性板 6
ELSE
弹性板 3
ENDIF
ELSE
IF(楼面凹凸不规则、楼板不连续） THEN
弹性膜（板较厚时用弹性板 6）
ELSE
刚性楼板假定（板较厚时用弹性板 3）
ENDIF
ENDIF
楼板模型的使用逻辑：总结
实
际
工
程
可
按
照
本
逻
辑
对
号
入
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时，
要特别关注 有效质量系数 是否达到了 90%！
?楼面不规则结构采用弹性楼板进行计算时，
往往 要指定较多参与振型 才能使有效质量系
数达到要求！
?楼面不规则结构应特别关注 有效质量系数
?要指定较多参与振型的原因是 结构存在大量
局部振动振型，每个振型对地震反应的贡献
都较小。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第一标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第二标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第三标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第四标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第五标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架之第六标准层
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
薄弱楼板越层柱,8层钢框架空间透视图
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
SATWE里，这两个勾都打上，
就是所谓双向地震、偶然偏心
取不利。 PMSAP,TAT也类似。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弱连系楼盖设计：大震弹性设计
在小震作用下，弱连系楼盖的水平剪力至少应达到单
侧主体结构上的地震作用力，其余内力按此比例放大。
单侧主体结构
地震作用 F
楼盖剪力 V
在此基础上，再将小震下弱连系楼盖的地震内力按大震作进一步
的放大，以用来做相应性能水准的抗震设计。
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?弱连系楼盖设计,为何弱连系楼盖的水平剪力至少
应调整至单侧主体结构上的地震作用力？
由于对称性，沿短轴的地震作用不能在连廊
上激起剪力，所以仅凭计算是不可靠的！
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?两侧结构独立工作复核：大震弹性设计
当弱联系楼盖凹凸或不连续足够严重，以至于
不能满足上述的大震弹性设计要求，则应对两
侧主体结构、按独立工作进行大震弹性设计
?两侧结构独立工作复核示意
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
对去掉连廊的剩余部分作大震弹性计算
楼面凹凸不规则、楼板不连续
结构的设计
?采取构造措施，加强抗震延性
? 若不规则较严重，整体结构抗震等级提高一级
? 对楼板阴角、弱联系楼板加厚及双层双向贯通
配筋或设置开孔钢板
? 薄弱楼盖与主体结构交接处及其附近构件，在
抗震等级提高一级的基础上，进一步保守设计，
提高延性
5.结构扭转效应控制
?总纲
?单塔楼结构的平面布局调整
? 质量和刚度分布的均匀化调整
? 结构内外圈刚度比例调整
? 特别值得强调的事
? 示例
?多塔楼结构的平面布局调整
? 总原则
? 同基多塔结构：验算分塔周期比
? 上部有强连接的同基多塔结构：补充验算整体周期比
?基于性能的抗震设计（中震弹性）
结构扭转效应控制：总纲
? 当结构位移比不能控制在 1.4(1.5)以内
? 当结构周期比不能控制在 0.85(0.9)以内
结构将被视为平面特别不规则，此时，有
两种选择可供考虑,
?
?
?
?
?
)85.0(9.0
)4.1(5.1
.1
lt TT
?
调整平面布局使得：
中震弹性计算）以加强之作基于性能的抗震设计
，同时对结构调整平面布局使得：
(
95.0
8.1
.2
?
?
?
?
?
lt TT
?
结构扭转效应控制,单塔楼结构的
平面布局调整
如果某单塔楼结构不能满足高规 （ 4.3.5） 条
的位移比要求或者周期比要求, 就说明该结构
或者 刚度分布和质量分布的均匀性差, 或者 抗
扭能力不足, 或者 二者兼具之 。 这时需要对结
构做适当调整以谋求改善 。 通常可以按下面的
次序进行调整：
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?质量和刚度分布的均匀化调整（减小偏心率 e/r）
? 观察振型，了解平面各个部位的相对强弱，根据
总体刚度情况,或削强, 或补弱 。
? 经过调整，直到结构出现足够纯粹的主振型，
均匀化调整 即告完成。
? 侧振（扭振）成分超过 80%的振型可视为较纯粹的
侧振（扭振）振型。
振型 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.4541 3.44 0.98 ( 0.98+0.00 ) 0.02
2 1.3492 123.47 0.06 ( 0.02+0.04 ) 0.94
3 1.1973 91.85 0.96 ( 0.00+0.95 ) 0.04
4 0.4985 4.10 0.97 ( 0.96+0.01 ) 0.03
5 0.4653 140.25 0.06 ( 0.03+0.02 ) 0.94
6 0.3877 92.42 0.62 ( 0.00+0.62 ) 0.38
7 0.2381 0.27 0.99 ( 0.99+0.00 ) 0.01
8 0.2182 57.47 0.05 ( 0.02+0.04 ) 0.95
9 0.1699 91.58 0.42 ( 0.00+0.42 ) 0.58
较纯粹的
平动振型
较纯粹的
扭转振型
不纯粹的
平动振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
不纯粹的
扭转振型
何谓纯粹?
比较纯粹的平动振型不怎么纯粹的平动振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
何谓纯粹?
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?结构内外圈刚度比例调整 （ 减小周期比 Tt/T1）
? 在偏心率已经得到充分控制的前提下, 进一步调节结
构楼面的内, 外圈刚度比例关系, 通过 相对加强 楼层
的外圈刚度, 以增强结构抗扭能力, 从而可以使周期
比减小乃至于满足要求 。
? 所谓相对加强, 其含义为：如果整体结构的抗侧力刚
度不够强, 位移角刚刚能够满足规范要求, 这时需要
加强外圈刚度；如果整体结构的抗侧力刚度已经足够
强, 位移角远小于规范限值, 这时也可以考虑削弱结
构内筒的刚度 。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整
?特 别 值 得 强 调 的 事
? 在结构的刚度、质量均匀性未调整至足够好，以
至于结构的一阶振型中不存在 足够纯粹 的侧振振
型和扭振振型时,验算周期比近乎徒劳,此时的
周期比满足或者不满足要求，都不能说明任何问
题。
? 先 调刚度和质量的均匀性； 再 加强外圈提高抗扭
能力； 最后 验算周期比、位移比：这个顺序不能
颠倒或遗漏。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
? 概念性示例
这里 给出一个示意性例题，以便 从概念
上直观地显示 上述的两步调整。该例题
是由同一个标准层形成的 10层框剪结构，
层高均为 3.3m,各跨跨度均为 6m。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
由于剪力墙的不对称布置，初始结构平面导致
结构沿短轴方向不存在清晰的平动振型，这意
味着较大偏心率的存在；
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
通过对称地布置剪力墙，结构平面消除了偏心率，出现了
纯粹的平动振型和纯粹的扭转振型，但是该平面导致第一
振型为扭转，不能满足周期比要求，这说明其抗扭刚度不
足；
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
将对称布置的剪力墙保持对称地外移, 形成 上图 平面,结构
外圈的刚度得到加强, 扭转周期后移, 周期比被控制在 0.9
以内 。
? 周期比调整工程实例
某 14层高层结构，转换层在第三层，转
换层以上 11层。第二周期为扭转周期，
周期比 = 1.456/1.579 = 0.922 > 0.85,不满
足规范要求。
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
转换层及以下平面 (计 3层 ) 转换层以上平面 (计 11层 )
序号 周期 转角 属性 扭转成分 平动成分
1 1.578510 8.1 X 0.14 0.86
2 1.455939 -22.4 TORSION 0.81 0.19
3 1.266284 91.4 Y 0.06 0.94
层号 节点 最大位移 平均位移 位移比
1 2 1.54 1.18 1.30
2 186 4.26 3.32 1.28
3 316 6.18 4.93 1.25
4 547 6.68 5.41 1.23
5 797 7.38 6.08 1.21
6 1033 8.16 6.82 1.20
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整之前的周期比和位移比
周期比
=0.922>0.85
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
通过外周
加墙调整
后的转换
层及以下
平面
转换层
以上平面
不必调整！
序号 周期 转角 属性 扭转成分 平动成分
1 1.436491 -1.8 X 0.02 0.98
2 1.086506 87.5 Y 0.01 0.99
3 1.045773 57.8 TORSION 0.92 0.08
层号 节点 最大位移 平均位移 位移比
1 48 0.98 0.89 1.10
2 223 2.77 2.42 1.14
3 358 4.24 3.59 1.18
4 736 4.78 4.04 1.18
5 986 5.56 4.71 1.18
6 1221 6.43 5.45 1.18
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整之后的周期比和位移比
周期比
=0.728<0.85
调整后的第一振型调整前的第一振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整后的第二振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整前的第二振型
调整后的第三振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
调整前的第三振型
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
1.调整前周期比,Tt/T1= 1.456/1.579 = 0.922 > 0.85
调整后周期比,Tt/T1= 1.046/1.436 = 0.728 < 0.85
2.调整前最大位移比,Umax/Uaver=1.30
调整后最大位移比,Umax/Uaver=1.18
汇总本工程调整前后的扭转指标变化：
3.调整前振型纯粹性（前三个）,0.86 0.81 0.94
调整后振型纯粹性（前三个）, 0.98 0.99 0.92
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例?周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
几
何
上
规
则、
抗
侧
刚
度
大
但
周
振型号 周 期 转 角 平动系数 (X+Y) 扭转系数
1 1.5742 83.44 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94
2 1.4524 90.89 0.94 ( 0.00+0.94 ) 0.06
3 1.2665 0.45 1.00 ( 1.00+0.00 ) 0.00
4 0.5302 90.56 0.03 ( 0.00+0.03 ) 0.97
5 0.4025 103.18 0.97 ( 0.05+0.92 ) 0.03
6 0.3748 14.35 1.00 ( 0.94+0.05 ) 0.00
7 0.3631 138.63 0.50 ( 0.29+0.21 ) 0.50
8 0.3082 93.37 0.05 ( 0.00+0.05 ) 0.95
9 0.2126 92.74 0.06 ( 0.00+0.06 ) 0.94
第一振型为扭转
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
?
周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
平面貌似规整的剪力墙结构，第一振型为扭转
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整示例
?
周
期
比
不
满
足
要
求
的
实
际
工
程
平
面
平面貌似规整的框筒结构，第一振型为扭转
几
何
上
规
则，
但
周
期
比
超
限
结构扭转效应控制,单塔楼结构
的平面布局调整小结
?周期比侧重控制什么？
? 周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对
关系，而非其绝对大小，它的目的是使抗侧力构件的平面布
置 兼顾 抗侧刚度和抗扭刚度，从而有效减小地震扭转效应。
?周期比控制的认识误区
? 抗侧力刚度大，就意味着抗扭特性好
? 几何上、视觉上很规则，就意味着抗扭特性好
?记住改善周期比的两招
? 抗侧力刚度均匀布置
? 相对加强外圈
非也！
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
总原则
?各塔之间宜均衡
?同一塔内宜均衡
?位移比采用整体模型计算，且宜对每一楼
层的各个塔块采用强制刚性楼板假定
?周期比可分塔验算，上部有强连接的多塔
应补充验算整体周期比
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?同基多塔结构：验算分塔周期比
对于同基多塔结构, 将各个塔楼 与裙房
交界处, 与连廊交界处 切开, 只保留各
单塔楼主体结构范围以内的部分, 从而
形成多个独立的单塔 。 对每个独立的单
塔, 依据上节调整控制其扭转效应, 验
算其周期比 。
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?无上连多塔的分拆示意
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?有上连多塔的分拆示意
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
?上部有强连接的同基多塔结构：验算整体
周期比
如果多塔结构存在足够强的上部连接，以至于这
些连接能够使 两个或多个塔楼形成整体的扭转振
型,那么此时应进一步在分拆调整验算的基础上，
将这几个塔楼作为一个整体（即看成一个复合的
单塔）进行结构计算、进行周期比验算。
结构扭转效应控制,多塔楼结构
的平面布局调整
上部强连接的多塔应验算整体周期比
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
中震弹性计算）以加强之
作基于性能的抗震设计且应在此基础上对结构
，那么底线是至少应满足
，
）（
足：结构经调整后仍不能满
(
95.0
8.1
)85.0(9.0
4.15.1
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
lt
lt
TT
TT
?
?
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
?中震 /大震弹性计算
1）地震影响系数最大值 ALPHAmax
按中震 (2.8倍小震 )或大震 (4.5-6倍小震 )取值
2) 取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）
程序使用：
1）按中震或大震输入 ALPHAmax
2) 构件抗震等级指定为 4级
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
这样
来做
中震
弹性
计算
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
?中震 /大震不屈服计算
1）地震影响系数最大值 ALPHAmax
按中震 (2.8倍小震 )或大震 (4.5-6倍小震 )取值
2) 取消组合内力调整（强柱弱梁，强剪弱弯）
3）荷载作用分项系数取 1.0（组合值系数不变）
4) 材料强度取标准值
5） 抗震承载力调整系数 Rre 取 1.0
程序使用：
1）按中震或大震输入 ALPHAmax
2) 点开, 按中震不屈服或大震不屈服做结构设计,
结构扭转效应控制：基于性能
的抗震设计
这样
来做
中震
不屈
服计
算
参考文献
1.高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002
2.徐培福，傅学怡，王翠坤，肖从真, 复杂
高层建筑结构设计,中国建筑工业出版社,
2005年 2月,
3.徐培福，黄吉锋，韦承基, 高层建筑结构在
地震作用下的扭转振动效应, 建筑科学，
2000年第 1期
