高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制方法

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制方法</p><p>　　【摘要】本文以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的概述為基礎(chǔ)，著重分析了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)控制存在的問(wèn)題，以實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制措施進(jìn)行了探討。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，控制方法 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)如今高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還存在很多問(wèn)題，急需解決，因此，我們要加強(qiáng)先進(jìn)設(shè)計(jì)理論與先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，不斷進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制方法的研發(fā)和探討，使高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加適用、安全、可靠與經(jīng)濟(jì)。 <

3、/p><p>　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(guó)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(yán)重的破壞。國(guó)內(nèi)一些振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果也表明,扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。在實(shí)際工程中,由于建筑造型的要求、建筑場(chǎng)地的限制或建筑功能的需要,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,大多數(shù)結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置很

4、難達(dá)到規(guī)范所要求的“規(guī)則”標(biāo)準(zhǔn)。此時(shí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,限制結(jié)構(gòu)的平面扭轉(zhuǎn)效應(yīng),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(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)控制存在的問(wèn)題 </p><p>　　位移比計(jì)算時(shí)應(yīng)注意，需要對(duì)樓面變形采用剛性樓板假定；最大值Umax和平均值U的計(jì)算，取樓層平面內(nèi)兩端邊的豎向構(gòu)件變形進(jìn)行計(jì)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(shí)考慮，但應(yīng)取兩者的不利情況。位移比設(shè)計(jì)計(jì)算中，有時(shí)會(huì)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(dòng)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(dòng)位移較扭轉(zhuǎn)位移更快地趨于零，導(dǎo)致出現(xiàn)位移比超限。此時(shí)，如小震作用下計(jì)算的最大層間位移Umax，不超過(guò)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(dāng)放松位移比的限值，但不應(yīng)超過(guò)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(guò)限值；c類結(jié)構(gòu)，建筑物上部和底部的幾個(gè)樓層的位移比超過(guò)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(shuō)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(yīng)劇烈。對(duì)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(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(shè)防烈度為6 度，IV類場(chǎng)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(jí)均為三級(jí)，采用SATWE程序進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算從力學(xué)基本概念可知，構(gòu)件離質(zhì)心越遠(yuǎn)，其抗扭剛度就越大，因此，建筑的外圍需要多設(shè)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(gè)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、平動(dòng)周期均增大。由于兩邊剪力墻同時(shí)刪去，結(jié)構(gòu)仍基本均勻、對(duì)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(lái)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(biāo)，要最好在原有的剪力墻的中間開(kāi)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(duì)稱 </p><p>　　在高層建筑設(shè)計(jì)中，布置抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)，必須遵循均勻、分散、對(duì)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(dāng)位移比不能滿足《高規(guī)》要求時(shí)，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(shè)置來(lái)決定

10、的，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的符合抗震的規(guī)則，布局設(shè)置的合理，就可以保證建筑的耐性，相反，建筑的布局繁復(fù)，整體結(jié)構(gòu)存在不安全的地方，即便是構(gòu)造的時(shí)候補(bǔ)救，也可能不能做到減低震害的目標(biāo)。 </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(shí)際剛度來(lái)實(shí)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(zhǎng)；外立面轉(zhuǎn)角盡可能避免開(kāi)窗，更不要開(kāi)轉(zhuǎn)角窗；加厚離質(zhì)心較遠(yuǎn)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(shè)計(jì)中，通常存在以下情況：當(dāng)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(yīng)的要求時(shí)，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(duì)于主樓偏心布置裙房平面不規(guī)則或過(guò)于狹長(zhǎng)，裙房的剛度相對(duì)于主樓來(lái)說(shuō)太弱，剛度中心與質(zhì)量中心相差太遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)處節(jié)點(diǎn)位移偏大等原因引起的。上面的問(wèn)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(yīng)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(diǎn)和剛度的中心更好的重合。第二，是當(dāng)主樓、裙房都有地

13、下室時(shí)，將主樓與裙房在地下室頂板以上用伸縮縫分開(kāi)；當(dāng)主樓有地下室，裙房無(wú)地下室時(shí)，假設(shè)建筑的專業(yè)可以接受，可以選用把主樓和裙房分開(kāi)，使其各自形成獨(dú)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(yīng)問(wèn)題。 </p><p>　　5、高層建筑防止結(jié)構(gòu)平面過(guò)于狹長(zhǎng) </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(guò)于狹長(zhǎng)，其長(zhǎng)寬比接近或超過(guò)《高規(guī)》第 3.4.3 條的要求，有的長(zhǎng)度超過(guò)了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)狹長(zhǎng)的構(gòu)造脫開(kāi)，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(lái)控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。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>　?。ǘ⑿〉母邔邮褂每蚣芗袅Φ慕Y(jié)構(gòu)體系，因?yàn)榉课莸母叨炔皇呛芨?，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(yīng)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(shí)的抗側(cè)力剛度又過(guò)大，這樣不但浪費(fèi)成本也不是必要的選擇。因此能采用框架體系時(shí)，盡量不采用框架剪力墻體系，因?yàn)樵诘卣鹆叶炔淮蟮牡貐^(qū)

16、采用框架結(jié)構(gòu)反而能滿足《高規(guī)》控制抗扭效應(yīng)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(yīng)，以便減低地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，更好的保證建筑的安全和質(zhì)量。 </p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)對(duì)新時(shí)期下，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制方法的分析，進(jìn)一步明確了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向，為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中

17、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有助于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)安全性能和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </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(dòng)效應(yīng)控制研究[J].工程力學(xué)，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(dòng)效應(yīng)[J].建