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摘要：以某不规则多层框架结构设计为例，通过对结构布置进行分析探讨.采用多项处理方案进行包络设计，使结构满足各项抗震指标，同时解决常规设计可能存在的安全隐患。
关键字：框架结构;不规则;包络设计
框架结构是由梁和柱以刚接相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成的框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。合理的框架结构布置与设计不仅可使框架结构具有良好的抗震性能，同时又能实现灵活自由的布置，满足建筑的空间和功能要求。
但框架结构缺点较为明显:整体抗侧刚度较弱，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构易产生较大的水平位移，从而易造成非结构构件的破坏，甚至出现结构构件严重破坏情况。
特别是不规则建筑，框架结构因其较大的开洞、跃层等各种因素，导致结构实际刚度远未达到理论假定的楼板平面外无限刚，造成计算假定与结构实际情况不符，使得结构在设计中存在一定的安全隐患。
因此在不规则建筑结构设计中，应根据建筑及结构布置特点，综合分析，并采取有效措施对结构进行有针对性的加强。
本次以某平面及竖向不规则的框架结构教学楼为例，进行结构设计探讨。
工况概况如下：室外地面-1.50m，室内一层以下多种标高渐变：-2.400m，1.400m，-0.050m。-0.050m以上结构层高分别5.100m3.900m、3.900m，坡屋面构架层高：4.525m。
建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别II类。
1、结构体系存在的问题
《抗规》（GB500011-20102016年版）3.4.2条提及：建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。
从上述平面及剖面可明显反映出在本工程中无法满足该条要求。
经初步分析，结构体系存在以下情况：
①-0.050m以下无明确的结构层，存在三种渐变主标高（-2.400m,-1.500m，-0.050m），且-0.050m上下层层高相差较大，楼层刚度相差较大。
②在报告厅跨越多层，从负一层直至屋面，存在穿层柱情况；
③一层楼板存在多种标高，二、三层楼板大开洞，开洞面积大于该层楼面面积的30%，楼板局部不连续，结构无法满足刚性楼板假定计算。
④结构存在侧向刚度不连续情况。
⑤报告厅上方屋面梁净跨24.20m，跨度大于18.0m，属于大跨度。该区域不仅屋面恒载较大，同时存在较大的吊顶荷载、设备吊挂荷载及检修荷载。对屋面梁的挠度及裂缝控制都带来了较大的挑战。
2、建模及初控思路
对于-0.050m以下无明确结构层、跃层柱等情况，在多轮建模对比下，最终采用实际标高建模，通过节点高和层间梁、柱底标高等处理方式，解决模型建模问题。最终模型成果如下图2.1所示：
为尽可能减小刚度不均匀分布造成和结构扭转，在综合考虑现场施工条件的情况下，力求通过合理调整结构刚度，采用加密报告厅周边的框架柱的方式进行处理，同时沿各层层高处设置框架梁以加大该区域的框架柱抗侧刚度，并着重提高大跨度区域框架梁、柱的抗震等级及抗震构造措施，严格控制该区域的框架梁挠度及裂缝。
考虑综合教学楼平面不规则给整体结构带来的不利影响，设计时计入了双向水平地震作用下的扭转影响。
对于一~三层楼板不连续，楼板平面内刚度有较大削弱的特点，据《抗规》3.4.4条第1款第2）小条应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。因此在进行结构内力配筋计算时，采用特殊构件定义，将开洞区域周边楼板定义为弹性模（即真实计算楼板平面内刚度，假定楼板平面外刚度为零），从而达到既真实反映楼板实际的平面内刚度，又保证了结构梁安全储备的目的。另，对报告厅周边楼板也采取加厚、加强配筋等方式处理。
对出现因跃层、层高差异大等造成的侧向刚度不规则问题，则按《抗规》3.4.4条第2款进行楼层地震剪力调整。
以上措施仅为建模及初步计算时，所需采取的基本处理措施。
3、结构包络设计思路
上述计算措施，仅解决了结构设计的一部分问题。未能解决因二、三层结构大开洞的不利影响。若仅采取上述措施极易因结构设计考虑因素不足，而导致结构安全性不足。故而需另行采取措施予以解决。
在经多方讨论并收集意见后，结构采取多项措施进行包络设计。
解决-0.050m标高以下结构层、半地下室问题：模型一+模型二+模型三。具体如下：
模型一：按1层地下室嵌固于基础顶建模包络；
模型二：-0.050m以下按2层地下室建模并嵌固于基础顶包络；
模型三：-0.050m以下按2层地下室建模并嵌固于-0.050m包络；
解决楼板局部不连续，结构实际刚度不满足理论计算假定，可能带来的安全隐患问题：模型四+模型五+模型六。具体如下：
模型四：
考虑报告厅区域二、三层存在大开洞情况，开洞面积楼面面积的30%。考虑对报告厅周边独立框架柱进行人为干预，削弱其抗侧刚度，提高周边其他框架柱的安全储备，适度允许报告厅独立的框架柱出现破坏。故对该的区域独立框架柱柱底与顶层柱顶作铰接处理，提高周边其余框架柱的承担的地震剪力。
模型五：
考虑到一层错层，二、三层楼板大开洞，楼板不连接、有效面积少，仅屋面存在较大面积的楼板，整体结构在二、三层标高处，单体两侧地震力未能通过楼板进行有效传递。因此将主体结构简化为两侧仅通过屋面楼板连接的框架结构，进行再包络。
模型六：
对报告厅区域，采用PKPM中的PK模块，对单榀混凝土框架进行平面分析包络。
4、结论
在设计过程中，通过对结构进行刚度调整，将结构最大位移与层平均位移比、最大层间位移与平均层间位移控制在1.20范围以内，有效控制了结构的扭转不规则。
在结构计算方面，采用多项细部处理措施进行处理。
在结构安全性方面，则采用多项包络设计方案进行包络设计，以便保证结构的整体安全性。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010，2016年版）.中国建筑工业出版社，2016