跳槽之后重新开始做建筑结构，最近给一个项目做建模，其中有一个高层，7度（0.15g）抗震，地上17层，乙类建筑。计算时候，结构最不利地震作用方向始终不是x、y轴附近，和两个轴的偏差一直在20°以上，结构平面布置如下。
对于这个高度的建筑来说，地震作用是荷载作用效应中的大头，国标对此的要求相当严格，如果结构整体最大地震作用方向不是建模时候的x、y方向，则需要在此方向施加地震作用进行一次计算。
按照规范做会有点麻烦，规范要求如下
抗震规范(GB40011-2010)5.1.1 2 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15°时，应分别计算各抗侧力方向的水平地震作用
依据此条文，一般设计工作中，会先在一个坐标系（一般就是建筑平面的轴线方向）下计算结构的最不利地震作用方向，然后在这个最不利方向上计算地震作用，接着会用坐标系x、y向地震作用、最不利方向地震作用的设计结果做包络设计。这样做理论上是没有任何问题的，但是实际操作可能会进入一个尴尬循环：
最不利地震作用方向上的位移要求不能满足——>加强结构抗侧能力——>自振周期变短——>地震作用上升——>位移还是超限但是小一点了——>再加强构件抗侧能力······
最终在各种系数各种截面调整一遍之后，位移要求终于能满足了，但是最终竖向构件比较大，地震作用大，配筋也多。所以在经历过一次这种循环之后，我开始想一个问题
【为什么有的结构，平面布置都是横平竖直的，结果最终的最不利地震作用方向却是斜交方向，而不是（0°、180°，90°)±15°这样的呢？】
这个结构平面布置很常见，所有构件横平竖直，但是就是最不利地震作用方向就是20°上下，困扰了我有一段时间。
仔细观察这个让我无限循环的项目，我发现问题可能出在L形截面的剪力墙上
L形截面其实每个搬砖狗都不陌生，最常见的L形截面就是角钢，L形截面虽然横平竖直，但是形心主轴（图中的v-v，u-u）确是斜的，和两肢的斜交角度和两肢长度厚度有关，所以L形截面弯曲的最弱方向其实不是xy方向而是u向，强方向则是v向。所以L形的剪力墙虽然两个墙肢都在x、y方向上，但是其本质上是一个斜交抗侧力构件，所以有L形墙的结构最不利地震作用方向会被L形墙“带偏”。
为了验证自己的想法，我做了几个试验模型。都是在差不多的平面布置上做点修改，一号模型是所有的原型。
一号模型：一个中规中矩的楼
地震作用最大的方向 = 89.966°
一号模型属于非常乖的那种结构， 地震作用最大的方向 = 89.966°，也就是y轴方向，因为质量偏心的原因略有一点点偏差。
二号模型：一个残缺的楼
地震作用最大的方向 = 85.060°
二号模型经受了大刀阔斧的改造，对角x轴各砍掉两跨半，y轴砍掉一跨半，基本上已经完全歪过来了，饶是如此，它的角度也没有非常明显的改变， 地震作用最大的方向 = 85.060°。
一号和二号对比，可以看出来了，对于框架结构，直接砍柱造成的平面不规则并不会导致显著的不利地震作用方向变化。
这样的话我的项目平面不规则就不是问题的关键了，同时另一个问题来了，什么会导致框架体系最不利方向的改变？框架体系下，梁柱组成的一榀榀框架所在平面是其最强的抗侧力方向，我猜如果有斜交布置的框架就可能导致最不利方向改变，于是三号模型诞生。
三号模型：一个被砍角的楼
地震作用最大的方向 = 70.929°
三号和一号的区别就在于砍掉一个小小的角，然后把对角的位置添加了框架梁，这样形成了斜交框架，这两榀斜交框架还真是给力， 地震作用最大的方向 = 70.929°，瞬间就掰过来20°，超过规范限值了。斜交布置的框架就导致最不利方向改变
再来看剪力墙
四号模型就是在一号基础上挑了个常见的剪力墙位置——电梯间——随便加了两个L形剪力墙，效果立竿见影， 地震作用最大的方向 = 33.705°，由此看来L形剪力墙确实是斜交抗侧力构件，会导致最不利方向的偏转。至此，一开始的想法已经得到验证，但是似乎太容易了点？还有其他可能性吗？考虑一下之后，五号六号诞生。
五号模型：乱入两片临近一字形剪力墙
地震作用最大的方向 = 65.921°
五号模型和四号的区别在于两个一字形剪力墙没有连成L形，而是分别通过梁和框架相连，绕是如此，最不利方向也跑偏跑得很厉害， 地震作用最大的方向 = 65.921°，所以临近的一字墙如果中间的联系足够强，也会明显影响最不利方向。
六号模型：不斜交的框架也能歪
地震作用最大的方向 = 77.477 (度)
六号模型，在两个角设置了几根柱，形成了一串连续的L形的框架，虽然依旧横平竖直，但是这一串L形的框架每一跨都比其他位置框架短，所以单跨刚度都比其他框架高，相互垂直的短跨框架起到了若干个L型剪力墙的效果，也成功带偏了最不利方向，地震作用最大的方向 = 77.477°。现实中可能由于建筑平面布置导致角部出现短跨，对于短跨的布置需要仔细考量一下。
这六个模型做下来，总结起来就是
刚度超过普通位置框架的构件，如果组合成L形布置，就有可能导致最不利地震作用方向的偏转超过限值。
那有没有解决办法呢？
既然是L形截面的特性导致的，那就想办法把L形的破坏掉，最简单的办法就是用形心主轴和墙肢方向一致的C形、T形截面，但是有时候受限于建筑的功能布置，无法使用这样的截面，可以利用模型五、六的经验，在拉开一段距离之后对称布置。
八号模型
地震作用最大的方向 = -84.815°
借助框架柱过渡一下也是可以滴，事实上我把距离拉得更远的时候依然有效，这个方法本质是利用个强轴互相垂直的一组L形墙片组合，将其影响抵消的办法来调整最不利地震作用方向。
对于六号模型的框架，把短跨的梁高度降低，缩小柱截面，使得L形成立的前提——大刚度的构件——消失，局部框架刚度和周边差异减小，这样实际上就能变成二号模型的情况。
回过来调整工作的项目
把一些等肢L形墙朝不等肢调整，减小其主轴偏转角度
把能布置成C形、T形的墙布置成C形、T形
最不利地震作用方向回到了8.6°，问题圆满解决~
1、单榀框架所在平面为其抗侧力方向，剪力墙墙片则是墙片所在平面；
2、无论框架、剪力墙，当两个构件的刚度超周围构件，同时它们的抗侧力方向布置构成形成L形，实质就会构成斜交抗侧力构件，可能导致最不利地震作用方向发生偏转；
3、剪力墙多用一字型、工字形和T形这种形心主轴和墙肢正交的截面，一定需要布置L形则可以通过成对布置作用相反的一组（形心主轴的强轴互相垂直）L形墙来彼此抵消偏转作用；
4、框架可以通过调整梁柱截面消除刚度差异，或者采用和剪力墙相同的策略。
我还试了一些其他模型，说一点可能正确的经验
1、成对布置时候，尽量保证两片墙能构成C形或者T形，即纵向或者横向跨过几跨，中间多隔几跨不要紧，如下两图所示。如果墙肢长短有差异也不特别要紧，重要的是形状。
但是如果纵横方向都夸过几跨再布置，效果没有只在一个方向拉开几跨距离好。
2、要全局考虑，有时候会彼此干扰，不成功实在不能布置成对称时候，可以试着缩短一侧墙肢，不等肢截面造成的偏转明显比等肢截面小。
【特别声明】本文经授权转自知乎大神Raindragon的个人文章，欢迎有兴趣的同学关注Raindragon，共同探讨。
2017年8月28日 09:47
