對于高層建筑結構中的抗扭設計的思考

1、對于高層建筑結構中的抗扭設計的思考    摘要：本文首先分析了導致高層建筑結構扭轉的因素，并提出了高層建筑結構抗扭設計控制的方法、抗扭措施等，最后介紹了高層建筑結構抗扭設計注意事項。    關鍵詞：高層建筑結構 ；抗扭設計； 抗扭措施； 注意事項 在出現地震自然災害的時候，對于高層建筑結構，在經受平移作用的同時，還會經受剪切作用，出現繞剛度中心的扭轉效應。許多震害研究說明，導致高層建筑結構發(fā)生損壞的關鍵因素即為扭轉，不規(guī)則平面的結構容易導致扭轉破壞，更可能導致整體倒塌。所以必須極其關注高層結構的扭轉問題，更應該積極

2、進行高層建筑結構中的抗扭設計的思考。一、導致高層建筑結構扭轉的因素1.建筑結構的立面布置及平面布置 在地震區(qū)，高層建筑的立面盡可能運用梯形及矩形這些勻稱的幾何形狀，不能運用存在忽然改變的立面形狀，其由于形狀發(fā)生突變，導致剛度及質量的大力改變，因此突變部位于地震的時候，由于塑性變形集中效應，使破壞更為嚴重。在地震區(qū)內，絕對不可存在大底盤建筑以及倒梯形建筑，然而這些建筑形式卻較為普遍。對于倒梯形建筑，其建筑風格較為流行，然而強度、質量及剛度分布方面都不滿足抗震設計原則，其上部質量大，但是下部質量小，導致重心變高，使傾覆力矩加大；上部剛度大，但是下部剛度小，使底層的薄弱程度相對加大。多數大底盤高層建

3、筑，于低層裙房和高層主樓連接位置，極易產生剛度突變，致使主樓底部樓層變?yōu)橄鄬θ崛醯臉菍?，易于地震內，由于塑性變形集中效應，造成巨大破壞?#160; 對于地震區(qū)中的高層建筑，適宜運用矩形、圓形或者方形平面，還能運用橢圓形、扇形、正六邊以及正八邊形。三角形平面即使看著較為對稱、簡便，然而不是順著主軸方向進行對稱，在地震的時候，容易出現比較大的扭轉振動，因此地震區(qū)高層建筑的現狀盡可能不運用三角形。同時最好也不用存在比較長翼緣的H 形、T 形、L 形、U 形、十字形以及Y 形平面，是由于這些平面出現地震的時候，極易出現差異側移，導致震害更大。2.扭轉振動通常由下面兩個因素導致(1)建筑結構自身因素在

4、建筑結構的剛度中心未重合于質量中心的時候，能造成地震作用之下結構發(fā)生扭轉振動。即使每層的剛心重合于質心，然而整個建筑的質心未處于同一軸線之上，能經受地面運動的扭轉分量或者活荷載的偏心，還有另外繁瑣因素的影響，也造成結構的扭轉振動。導致扭轉破壞的一關鍵原因即為平面剛度有沒有均勻，同時剪力墻的布置對剛度能否均勻產生關鍵影響。(2)外來作用在地震的時候，地面質量之間存在著運動區(qū)別性，地面在出現平動分量的同時，還出現轉動分量，后者造成結構發(fā)生扭轉。然而因為地震觀測繁瑣的工作條件，扭轉分量的一些理論及計算手段并未成熟，若干具體技術工作還未解決，因此當今的抗震規(guī)范均未提供地震扭轉分量這一計算公式。然而在規(guī)

5、范內，考慮了它的影響：在不對規(guī)則結構實施扭轉耦聯(lián)計算的時候，要把和地震作用方向平行的二邊榀的地震作用效應與某合適的增大系數相乘，短邊常為1.15，長邊常為1.05，扭轉剛度要是小，那么增大系數不能比1.3小。二、高層建筑結構抗扭設計控制方法和抗扭措施進行設計時，要盡可能進行結構扭轉效應的改善，還應在構造上，運用一些措施減少扭轉。1.改善扭轉效應總之，應該做到削弱中間，還要加強周邊。能由下面幾點進行扭轉效應的改善。對于建筑平面，其總體布置要對策、規(guī)則，有著優(yōu)越的整體性；建筑的立面形狀要保持規(guī)則，豎向抗側力構件的形狀尺寸以及材料強度應由上至下不斷加大，防止承載力及剛度出現突變；進行遠離質心位置剪力

6、墻厚度的加大，進行結構平面布置的合理調節(jié)，盡可能保證剛心和質心接近，使偏心率變??；筒體剛度要是非常大，此時能加開結構洞，減少剛度偏心；在平面凹凸不規(guī)則位置，要增設拉梁或者拉接樓板；盡可能增大附近構件截面，增強結構外圍墻、柱或者梁的剛度，恰當地削減結構中間墻及柱的剛度。進而加大整平面的抗扭剛度。2.抗扭措施針對建筑的實際高度，選用合適的結構類型。保證框架-剪力墻基礎存在優(yōu)良的剛度及整體性。在框架-剪力墻以及框架結構內，柱中線和剪力墻中線以及梁中線和柱中線間的偏心距不能太大，同時剪力墻及框架都要雙向設置；調整之后的框架角柱的剪力設計值以及組合彎矩設計值還需要和某增大系數相乘，其值不能比1.1?。灰?/p>

7、級剪力墻的底部加強位置、之上一層的截面組合的彎矩設計值，要使用墻肢底部截面組合彎矩設計值，在另外部位，設計值要和增大系數1.2相乘；每級剪力墻底部加強位置的截面剪力墻設計值都要和對應的增大系數相乘，一、二以及三級的增大系數各自是1.6、1.4以及1.2；應該適宜加大角柱、邊柱與剪力墻端柱的縱向鋼筋面積。三、高層建筑結構抗扭設計注意事項1.結構的總體布置(1)合理控制結構高寬比在高層建筑內，進行側向位移的控制往往是結構設計的重點矛盾，還由于高度變大，傾覆力矩也會快速變大，所以對于建造寬度非常小的建筑物，其不適宜。通常把結構的高寬比限制在5-6之下，在設防烈度高于8度的時候，要更為嚴格地限制高寬比

8、。(2)結構的豎向布置對于結構的豎向布置，其要保持剛度均勻且連續(xù)，盡可能防止結構不連續(xù)或者剛度突變。在地震區(qū)內，不能運用完全通過框支剪力墻構成的底部存在軟弱層的結構體系，還不能產生剪力墻于某層忽然中斷而出現的中部存在軟弱層的現象。(3)結構的平面布置在建筑物長度比較大的時候，經過風力的作用，常產生由于風力不勻稱、風向紊亂改變而導致的樓板平面撓曲以及結構扭轉的問題。為防止樓板變形造成的繁瑣受力現象，要限制建筑物長度。在設防烈度達到6度及7度的時候，長寬比不能多于6；在設防烈度不小于8度的時候，長寬比不能多于5。不管是塔式，還是板式高層建筑，平面均要盡可能運用對稱、規(guī)則及簡單的形狀，使扭轉及復雜受

9、力變少。應使結構的剛度中心重合于質量中心，進而減少扭轉，一般地，偏心距不能高于垂直于外力作用線邊長的0.05。2.抗扭配筋構造箍筋構造即使避免不了受扭構件的混凝土出現裂縫，然而配置合適的鋼筋構造能限制構件處于運用荷載作用之下的裂縫寬，確保受力鋼筋完全發(fā)揮作用，保證構件滿足設計要求的承載能力，避免太     早的破壞。(1)箍筋的設計強度在當今，對于鋼筋混凝土構件箍筋，常運用級光面鋼筋以及冷拔低碳鋼絲，在扭矩及剪力比較大的時候，運用級變形鋼筋。針對級及級鋼筋，規(guī)范進行規(guī)定的設計強度各自是210以及310MPa，均比美國規(guī)范進行規(guī)定的422.5MPa小。國內

10、外的一些抗扭試驗證明，級以及級鋼的箍筋能根據設計要求，完全發(fā)揮出它的屈服強度。(2)縱筋的直徑以及間距由于扭矩作用，縱筋重點承受拉力以及銷栓力，對于角部縱筋，其還經受著斜壓力造成的外推力?；谖覈木唧w工程，通常縱筋的直徑不能比10mm小，偶爾也會運用8mm的，為正確制約裂縫寬，縱筋間距不能比300mm大。(3)抗扭鋼筋的配置范圍許多試驗證明，受扭構件的縱筋一定要和箍筋一起工作，這樣能完全發(fā)揮出抗扭設計強度具有的作用。所以對于抗扭箍筋配置范圍的延伸長度，能選用縱筋的延伸長度。四、結語高層建筑設計人員在實施高層建筑結構設計的時候，必須極其關注建筑結構的扭轉問題，把握結構扭轉出現的因素，掌握結構扭轉性質，熟悉扭轉理論。重點所在依然是應大力考慮每個方面的影響因素，搞好計算以及校核，根據建筑的實際特征以及薄弱點，積極給出建筑結構的抗扭設計措施，確保高層建筑可以抵制地震等自