對于高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計的思考

1、對于高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計的思考    摘要：本文首先分析了導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的因素，并提出了高層建筑結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計控制的方法、抗扭措施等，最后介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計注意事項。    關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu) ；抗扭設(shè)計； 抗扭措施； 注意事項 在出現(xiàn)地震自然災(zāi)害的時候，對于高層建筑結(jié)構(gòu)，在經(jīng)受平移作用的同時，還會經(jīng)受剪切作用，出現(xiàn)繞剛度中心的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。許多震害研究說明，導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的關(guān)鍵因素即為扭轉(zhuǎn)，不規(guī)則平面的結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)破壞，更可能導(dǎo)致整體倒塌。所以必須極其關(guān)注高層結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，更應(yīng)該積極

2、進行高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計的思考。一、導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的因素1.建筑結(jié)構(gòu)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(dǎo)致剛度及質(zhì)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(yīng)，使破壞更為嚴(yán)重。在地震區(qū)內(nèi)，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(fēng)格較為流行，然而強度、質(zhì)量及剛度分布方面都不滿足抗震設(shè)計原則，其上部質(zhì)量大，但是下部質(zhì)量小，導(dǎo)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(shù)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(chǎn)生剛度突變，致使主樓底部樓層變?yōu)橄鄬θ崛醯臉菍樱子诘卣饍?nèi)，由于塑性變形集中效應(yīng)，造成巨大破壞。  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(xiàn)比較大的扭轉(zhuǎn)振動，因此地震區(qū)高層建筑的現(xiàn)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(xiàn)地震的時候，極易出現(xiàn)差異側(cè)移，導(dǎo)致震害更大。2.扭轉(zhuǎn)振動通常由下面兩個因素導(dǎo)致(1)建筑結(jié)構(gòu)自身因素在

4、建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心未重合于質(zhì)量中心的時候，能造成地震作用之下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。即使每層的剛心重合于質(zhì)心，然而整個建筑的質(zhì)心未處于同一軸線之上，能經(jīng)受地面運動的扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動。導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)破壞的一關(guān)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(chǎn)生關(guān)鍵影響。(2)外來作用在地震的時候，地面質(zhì)量之間存在著運動區(qū)別性，地面在出現(xiàn)平動分量的同時，還出現(xiàn)轉(zhuǎn)動分量，后者造成結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。然而因為地震觀測繁瑣的工作條件，扭轉(zhuǎn)分量的一些理論及計算手段并未成熟，若干具體技術(shù)工作還未解決，因此當(dāng)今的抗震規(guī)范均未提供地震扭轉(zhuǎn)分量這一計算公式。然而在規(guī)

5、范內(nèi)，考慮了它的影響：在不對規(guī)則結(jié)構(gòu)實施扭轉(zhuǎn)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(yīng)與某合適的增大系數(shù)相乘，短邊常為1.15，長邊常為1.05，扭轉(zhuǎn)剛度要是小，那么增大系數(shù)不能比1.3小。二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計控制方法和抗扭措施進行設(shè)計時，要盡可能進行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的改善，還應(yīng)在構(gòu)造上，運用一些措施減少扭轉(zhuǎn)。1.改善扭轉(zhuǎn)效應(yīng)總之，應(yīng)該做到削弱中間，還要加強周邊。能由下面幾點進行扭轉(zhuǎn)效應(yīng)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(cè)力構(gòu)件的形狀尺寸以及材料強度應(yīng)由上至下不斷加大，防止承載力及剛度出現(xiàn)突變；進行遠離質(zhì)心位置剪力

6、墻厚度的加大，進行結(jié)構(gòu)平面布置的合理調(diào)節(jié)，盡可能保證剛心和質(zhì)心接近，使偏心率變??；筒體剛度要是非常大，此時能加開結(jié)構(gòu)洞，減少剛度偏心；在平面凹凸不規(guī)則位置，要增設(shè)拉梁或者拉接樓板；盡可能增大附近構(gòu)件截面，增強結(jié)構(gòu)外圍墻、柱或者梁的剛度，恰當(dāng)?shù)叵鳒p結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型。保證框架-剪力墻基礎(chǔ)存在優(yōu)良的剛度及整體性。在框架-剪力墻以及框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，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(shè)置；調(diào)整之后的框架角柱的剪力設(shè)計值以及組合彎矩設(shè)計值還需要和某增大系數(shù)相乘，其值不能比1.1??；一

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(shè)計值，要使用墻肢底部截面組合彎矩設(shè)計值，在另外部位，設(shè)計值要和增大系數(shù)1.2相乘；每級剪力墻底部加強位置的截面剪力墻設(shè)計值都要和對應(yīng)的增大系數(shù)相乘，一、二以及三級的增大系數(shù)各自是1.6、1.4以及1.2；應(yīng)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(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計注意事項1.結(jié)構(gòu)的總體布置(1)合理控制結(jié)構(gòu)高寬比在高層建筑內(nèi)，進行側(cè)向位移的控制往往是結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)的高寬比限制在5-6之下，在設(shè)防烈度高于8度的時候，要更為嚴(yán)格地限制高寬比

8、。(2)結(jié)構(gòu)的豎向布置對于結(jié)構(gòu)的豎向布置，其要保持剛度均勻且連續(xù)，盡可能防止結(jié)構(gòu)不連續(xù)或者剛度突變。在地震區(qū)內(nèi)，不能運用完全通過框支剪力墻構(gòu)成的底部存在軟弱層的結(jié)構(gòu)體系，還不能產(chǎn)生剪力墻于某層忽然中斷而出現(xiàn)的中部存在軟弱層的現(xiàn)象。(3)結(jié)構(gòu)的平面布置在建筑物長度比較大的時候，經(jīng)過風(fēng)力的作用，常產(chǎn)生由于風(fēng)力不勻稱、風(fēng)向紊亂改變而導(dǎo)致的樓板平面撓曲以及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問題。為防止樓板變形造成的繁瑣受力現(xiàn)象，要限制建筑物長度。在設(shè)防烈度達到6度及7度的時候，長寬比不能多于6；在設(shè)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(zhuǎn)及復(fù)雜受

9、力變少。應(yīng)使結(jié)構(gòu)的剛度中心重合于質(zhì)量中心，進而減少扭轉(zhuǎn)，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(gòu)造箍筋構(gòu)造即使避免不了受扭構(gòu)件的混凝土出現(xiàn)裂縫，然而配置合適的鋼筋構(gòu)造能限制構(gòu)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(gòu)件滿足設(shè)計要求的承載能力，避免太     早的破壞。(1)箍筋的設(shè)計強度在當(dāng)今，對于鋼筋混凝土構(gòu)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(shè)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(nèi)

10、外的一些抗扭試驗證明，級以及級鋼的箍筋能根據(jù)設(shè)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(jīng)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(gòu)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(shè)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(jié)語高層建筑設(shè)計人員在實施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須極其關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，把握結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)的因素，掌握結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)性質(zhì)，熟悉扭轉(zhuǎn)理論。重點所在依然是應(yīng)大力考慮每個方面的影響因素，搞好計算以及校核，根據(jù)建筑的實際特征以及薄弱點，積極給出建筑結(jié)構(gòu)的抗扭設(shè)計措施，確保高層建筑可以抵制地震等自