位移比这么改？

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，如图1和图2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。图3表示按《抗规》判别的不规则项类型数量统计，其中扭转不规则占比较高。

图 1  不同结构体系所占比例      图 2  不同高度类别所占比例

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。例如某框筒超限工程底部楼层最大位移为2.17mm，层平均位移为1.61mm，计算所得扭转位移比为1.35，超过规范限值，10层处最大位移为21.52mm，层平均位移为18.54mm，计算所得扭转位移比为1.16。本次统计的31个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。

假设楼层扭转角为 ，回转半径为r，楼层平动位移为 ，则在规定水平力下扭转位移比 ，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。扭转位移比大不一定抗扭刚度弱。扭转是平面不规则的核心，应尽量减小在水平力作用下楼层扭转角。结构扭转有两个特点，一是扭转为结构宏观指标，不会发生仅某一层扭转情况，因此高层结构一般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。

建议把扭转不规则由位移判断条件改为力判断条件。基于扭转产生的效应，即剪力来判断扭转不规则，更加直接反映扭转对结构危害程度。

由材料力学可知，圆柱体扭转应力计算公式为 ，其中 为半径， 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，则偏心水平力产生的扭矩最后转化为结构竖向构件的剪力和扭矩。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，选取外侧中柱分析其在规定水平力下无偏心和偏心率0.05下的内力。

图 4     MX2 模型标准层结构平面布置图

建议将《抗规》表3.4.3-1“在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与平均值的比值大于1.2”修改为“在考虑与不考虑偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件的剪力之比最大值大于1.2”。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，扭转不规则项数量可由25个工程减少至19个。