建筑结构抗扭设计初探

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1、建筑结构抗扭设计初探【】历次震害表明，很大一部分建筑物破坏是因为扭转引起。本文对建筑结构设计中的抗扭设计做了简单的分析。　　【关键词】建筑结构；扭转因素；抗扭设计　　　　地震造成的建筑物扭转破坏实例很多，地震作用本身是多方向的，存在扭转分量，目前尚无实测资料，也无法计算。因此结构的抗扭设计必须引起结构工程师的重视，本文对结构扭转产生的原因进行了分析，并提出了一些解决问题的方法和措施，希望能对结构设计能有所裨益。　　1造成建筑结构的扭转的因素　　1.1外力作用。地震时地面质量间具有运动的差别性，使地面不仅产生平动分量，同时也产生转动分量，正是后者迫使结构产生了扭转。但由于地震观测的工作条件

2、复杂，使得扭转分量的相关理论和计算方法还不成熟，一些实际技术工作也没能得到解决。　　1.2建筑平面不规则　　平面不规则的建筑物在地震中容易产生扭转破坏，这已经在历次地震中得到了验证。例如带有较长翼缘的L形、U形、H形、T形、十字形、Y形平面、长宽比很大的长条形平面，因为此类平面在地震时容易发生差异侧移导致扭转，从而使建筑物严重破坏。　　1.3平面刚度不均匀　　当建筑结构的平面刚度不均匀，刚度中心与质量中心之间相差较远时，会导致地震作用下结构的扭转破坏。　　1.4质量分布不均匀　　当建筑物质量分布不均匀，质量偏心会引起扭转，质量集中在周边也会加大扭转。　　1.5结构抗扭刚度弱　　结构抗扭刚

3、弱亦容易引起扭转破坏，结构应具有一定抗扭刚度。　　2建筑结构抗扭设计的具体措施　　2.1建筑方案阶段结构专业应预先介入　　建筑师为追求建筑外观效果，建筑方案平面、立面均比较复杂，为避免出现严重不规则的平面布置，结构工程师应预先介入，与建筑师配合协调，使建筑平面尽量规则简单，符合抗震概念设计。　　2.1.1控制平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心。对L形、H形、T形、十字形、Y形平面突出部分长度进行控制，使之符合《高层建筑混凝土结构技术规程》表4.3.3的要求；　　2.1.2控制建筑平面的长宽比。当建筑物长宽比较大时，不符合楼板在平面内无限刚性的假定。在地震作用下，采用楼板在自身平面内无限

4、刚假定进行计算的结果不符合地震反映的结果，容易产生扭转破坏。在风力作用下，也会出现因风力不均匀及风向紊乱变化而引起的结构扭转、楼板平面挠曲等现象。为了避免楼板变形带来的复杂受力情况，建筑物长度应加以限制。当设防烈度为6度和7度时，长宽比不宜超过6；当设防烈度等于或大于8度时，长宽比不宜超过5。　　2.2结构设计阶段的抗扭设计　　为了减少结构的扭转变形和提高结构的抗扭能力，《抗震规范》提出了位移比的要求，《高规》提出了两个量化指标：结构平面布置应减少扭转影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层

5、平均值的1.5倍；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85。其中位移比限制结构平面布置不规则性，避免过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应，周期比限制结构的抗扭刚度不能太弱。结构设计过程中可从以下7个方面着手，使结构抗扭能力符合规范要求。　　2.2.1高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构平面不规则；当建筑物平面形状

6、复杂而又无法调整其建筑方案使之成为较规则的结构时，可设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。　　2.2.2在布置抗侧力结构时，应尽量均衡地布置抗侧力构件，使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，避免过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应，使结构的位移比满足规范要求。　　（1）如计算出的周期比Tt／T1仍不能满足规范要求，应调整抗侧力构件的布置，增大结构的抗扭刚度。调整时如结构的层间位移角刚刚满足规范，结构刚度富裕量不大，可以均衡地加强结构外圈刚度；如结构的层间位移角远小于规范限值，结构刚度富裕量很大，可以在加强结构外圈刚度的同时，均衡地削弱结构内筒中心抗侧力构件的刚度，效果更为明显。　　（

7、2）抗侧力构件应按“均匀、分散、对称、周边”的原则，使平面刚度分布均匀，并使平面刚心和质心尽可能地接近。　　（3）加大周边构件的截面，加大内筒与周边剪力墙主要连接构件的截面，增强结构整体性，从而有效增加抗侧刚度，减小层问侧向位移。　　（4）借助材料力学抗扭刚度概念，高层建筑结构从整体分析角度出发，剪力墙按“均匀、分散、对称、周边”的原则布置外还应符合以下要求，在抗扭刚度角度上，剪力墙分量(主要是长度)从外到里逐步减少，从抗侧移刚度角