高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制方法

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制方法</p><p>　　【摘要】本文以高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的概述為基礎，著重分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)控制存在的問題，以實際為出發(fā)點對高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制措施進行了探討。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設計，扭轉(zhuǎn)效應，控制方法 </p><p>　　中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

2、</p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　隨著技術(shù)水平的不斷提高，社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的要求也越來越高?，F(xiàn)如今高層建筑結(jié)構(gòu)設計中還存在很多問題，急需解決，因此，我們要加強先進設計理論與先進技術(shù)的學習與應用，不斷進行高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制方法的研發(fā)和探討，使高層建筑結(jié)構(gòu)設計更加適用、安全、可靠與經(jīng)濟。 <

3、/p><p>　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的概述 </p><p>　　扭轉(zhuǎn)不規(guī)則在平面不規(guī)則類別中占第一位。國內(nèi)外歷次大震震害表明,平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心和扭轉(zhuǎn)剛度太弱的結(jié)構(gòu),在地震中受到嚴重的破壞。國內(nèi)一些振動臺模型試驗結(jié)果也表明,扭轉(zhuǎn)效應會導致結(jié)構(gòu)的嚴重破壞。在實際工程中,由于建筑造型的要求、建筑場地的限制或建筑功能的需要,在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中,大多數(shù)結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置很

4、難達到規(guī)范所要求的“規(guī)則”標準。此時,結(jié)構(gòu)設計人員必須對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置進行優(yōu)化調(diào)整,限制結(jié)構(gòu)的平面扭轉(zhuǎn)效應,使其滿足有關(guān)規(guī)范的要求。 </p><p>　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)控制存在的問題 </p><p>　　位移比計算時應注意，需要對樓面變形采用剛性樓板假定；最大值Umax和平均值U的計算，取樓層平面內(nèi)兩端邊的豎向構(gòu)件變形進行計算，不考慮樓板懸挑部分；偶然偏心和雙向地震作用可不

5、同時考慮，但應取兩者的不利情況。位移比設計計算中，有時會遇到樓層位移比大于1.2，甚至大于 《高規(guī)》 限值1.4或1.5的情況。下圖給出了位移比沿高度分布和超限的三種示意。a類結(jié)構(gòu)僅在建筑物底部幾層位移比超限，因結(jié)構(gòu)底部平動位移很小，或者在帶剪力墻的結(jié)構(gòu)中 （剪力墻、框剪、框筒等），在靠近嵌固端的位置，平動位移較扭轉(zhuǎn)位移更快地趨于零，導致出現(xiàn)位移比超限。此時，如小震作用下計算的最大層間位移Umax，不超過規(guī)范規(guī)定的層間位移限值的1/3，

6、構(gòu)件承載力滿足中震不屈服的要求，則建議可以適當放松位移比的限值，但不應超過1.8；圖中b類結(jié)構(gòu)，大部分或者絕大部分樓層的位移比超過限值；c類結(jié)構(gòu)，建筑物上部和底部的幾個樓層的位移比超過限值。這兩類結(jié)構(gòu)的抗扭性能較差，特別是建筑物上部樓層的位移比超限，說明該結(jié)構(gòu)不僅整體剛度偏心較大、抗扭剛度較弱，而且在建筑物上部樓層存在剛度偏心和抗扭剛度的突變，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應劇烈。對這兩類結(jié)構(gòu)，樓層位移比</p><p>　　四、高

7、層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制措施 </p><p>　　1、 在建筑物外圍盡可能布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu) </p><p>　　某高層建筑，結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻，抗震設防烈度為6 度，IV類場地土，丙類建筑，地上26 層，地下 1 層，總高度 96M，框架剪力墻抗震等級均為三級，采用SATWE程序進行設計計算從力學基本概念可知，構(gòu)件離質(zhì)心越遠，其抗扭剛度就越大，因此，建筑的外圍需要多設置抗側(cè)力的結(jié)

8、構(gòu)，以便在不添加抗側(cè)力構(gòu)件的前提下，大大的增加結(jié)構(gòu)的剛度。如果將兩端軸附近的剪力墻全部改為框架結(jié)構(gòu)，則兩端剪力墻改為框架后，抗扭剛度大大減弱，位移比增大。整個結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、平動周期均增大。由于兩邊剪力墻同時刪去，結(jié)構(gòu)仍基本均勻、對稱，故周期比基本不變。除了在外圍增加這種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，還可以采用削弱核芯筒剛度的辦法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的周期比。把結(jié)構(gòu)洞打在剪力墻核心的部位，保證結(jié)構(gòu)的平均和分散的目標，要最好在原有的剪力墻的中間開洞，不能接近兩端，這樣保證

9、短肢剪力墻不出現(xiàn)，也不能有異形柱出現(xiàn)。 </p><p>　　2、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置必須均勻、對稱 </p><p>　　在高層建筑設計中，布置抗側(cè)力構(gòu)件時，必須遵循均勻、分散、對稱的原則，盡可能使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心接近。當位移比不能滿足《高規(guī)》要求時，往往是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置不均勻引起的。例如靠近一邊布置剪力墻或剪力墻布置不均勻等。一棟房屋的安全性能主要是由建筑的布置和結(jié)構(gòu)設置來決定

10、的，只要結(jié)構(gòu)設計的符合抗震的規(guī)則，布局設置的合理，就可以保證建筑的耐性，相反，建筑的布局繁復，整體結(jié)構(gòu)存在不安全的地方，即便是構(gòu)造的時候補救，也可能不能做到減低震害的目標。 </p><p>　　3、加大現(xiàn)有抗側(cè)力構(gòu)造的剛度 </p><p>　　結(jié)構(gòu)抗扭的剛度的加大，可以在最大的位移的地方安置抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，更可以使用增加原有的側(cè)力結(jié)構(gòu)的實際剛度來實現(xiàn)，主要的方式有：將建筑物外角原單向剪力

11、墻布置成 L 形剪力墻，且盡可能延長；外立面轉(zhuǎn)角盡可能避免開窗，更不要開轉(zhuǎn)角窗；加厚離質(zhì)心較遠處剪力墻的厚度；加大周邊剪力墻連梁的高度，一般連梁的高度取樓板距下層門窗頂?shù)母叨?。為了增加剪力墻抗扭剛度，可以將樓面以上至窗下邊的高度部分也變成連梁，即除窗洞外，其余部分均為連梁。 </p><p>　　4、裙房部分防止上下層剛度偏心 </p><p>　　在高層建筑設計中，通常存在以下情況：當主

12、樓滿足《高規(guī)》第3.4.5條的有關(guān)控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應的要求時，裙房部分卻不能滿足這主要是由于結(jié)構(gòu)上下剛度偏心較大，裙房相對于主樓偏心布置裙房平面不規(guī)則或過于狹長，裙房的剛度相對于主樓來說太弱，剛度中心與質(zhì)量中心相差太遠，最遠處節(jié)點位移偏大等原因引起的。上面的問題主要有兩種解決的辦法：第一，把裙房那部分的剛度加大，在最大位移的地方安置相應的剪力墻，這樣可以降低裙房的最大位移，以便裙房的質(zhì)量點和剛度的中心更好的重合。第二，是當主樓、裙房都有地

13、下室時，將主樓與裙房在地下室頂板以上用伸縮縫分開；當主樓有地下室，裙房無地下室時，假設建筑的專業(yè)可以接受，可以選用把主樓和裙房分開，使其各自形成獨立的系統(tǒng)，這樣之后，可以解決裙房剛度偏心造成了扭轉(zhuǎn)效應問題。 </p><p>　　5、高層建筑防止結(jié)構(gòu)平面過于狹長 </p><p>　　現(xiàn)在，十多層左右的小高層住宅較多，建筑專業(yè)為了滿足使用要求，往往套用多層磚混結(jié)構(gòu)住宅的戶型，大多數(shù)小高層住

14、宅的平面布置過于狹長，其長寬比接近或超過《高規(guī)》第 3.4.3 條的要求，有的長度超過了《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距要求。 </p><p>　　（一）、小高層結(jié)構(gòu)使用框架這樣的結(jié)構(gòu)體系，第一要最大限度的把太過狹長的構(gòu)造脫開，如果建筑的專業(yè)不允許，是可以在大端的部分加大抗側(cè)力剛度的方式來控制扭轉(zhuǎn)效應。如條件允許，中間增加框架柱，即增加框架的跨數(shù)。這些方法可

15、以增加梁的線剛度，也可顯著增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。 </p><p>　　（二）、小的高層使用框架剪力墻的結(jié)構(gòu)體系，因為房屋的高度不是很高，剪力墻通常是在樓梯和電梯之間，這些抗側(cè)力的構(gòu)造通常是集中或者分布的不均勻，扭轉(zhuǎn)效應大，這種狀況，一定要把中間那部分剪力墻的結(jié)構(gòu)削弱，把外側(cè)加上剪力墻，此時的抗側(cè)力剛度又過大，這樣不但浪費成本也不是必要的選擇。因此能采用框架體系時，盡量不采用框架剪力墻體系，因為在地震烈度不大的地區(qū)

16、采用框架結(jié)構(gòu)反而能滿足《高規(guī)》控制抗扭效應的要求。上面的幾種方式可以明顯的增加建筑結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，從而更好的防御扭轉(zhuǎn)效應，以便減低地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應，更好的保證建筑的安全和質(zhì)量。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語 </b></p><p>　　通過對新時期下，高層建筑結(jié)構(gòu)設計中扭轉(zhuǎn)效應的控制方法的分析，進一步明確了高層建筑結(jié)構(gòu)設計的方向，為高層建筑結(jié)構(gòu)設計中

17、扭轉(zhuǎn)效應的控制優(yōu)化奠定了堅實基礎，有助于高層建筑結(jié)構(gòu)設計中對安全性能和經(jīng)濟效益的提高。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]蔡健,潘東輝,黃炎生.高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動效應控制研究[J].工程力學，2007 </p><p>　　[2]徐培福,黃吉鋒,韋承基.高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)振動效應[J].建