高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法.pdf

装饰装修天地 高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法 许智豪 身份证摘要:近年来， 高层建筑结构设计中扭转效应的控制得到了业 内的广泛关注， 研究其具体控制方法有着重要意义。本文首先对 相关内容做了概述， 分析了扭转效应的出现原因及表现， 并结合相 关实践经验， 分别从抗侧力结构布置必须均匀、 对称， 以及加大现 有抗侧力构造的刚度等多方面， 提出了高层建筑结构设计中扭转 效应的控制方法。 关键词:高层建筑； 结构设计； 扭转效应； 控制方法 前 言 作为高层建筑结构设计中的重要工作， 对扭转效应的控制占 据着极为关键的地位。该项课题的研究， 将会更好地提升对扭转 效应控制的分析与把握力度， 进而通过具体化的控制方法， 获得高 层建筑结构设计的最终整体效果。 一、 概述 随着技术水平的不断提高， 社会经济的快速发展， 人们对高层 建筑结构设计的要求也越来越高。现如今高层建筑结构设计中还 存在很多问题， 急需解决， 因此， 我们要加强先进设计理论与先进 技术的学习与应用， 不断进行高层建筑结构设计中扭转效应的控 制方法的研发和探讨， 使高层建筑结构设计更加适用、 安全、 可靠 与经济。 扭转不规则在平面不规则类别中占第一位。国内外历次大震 震害表明， 平面不规则、 质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构， 在地震中受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果也表 明， 扭转效应会导致结构的严重破坏。在实际工程中， 由于建筑造 型的要求、 建筑场地的限制或建筑功能的需要， 在高层建筑结构设 计中， 大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到规范所要求的 “规则” 标准。此时， 结构设计人员必须对抗侧力结构布置进行优 化调整， 限制结构的平面扭转效应， 使其满足有关规范的要求。 二、 扭转效应的出现原因及表现 1.高层建筑结构受力性能 垂直和水平的建筑空间形态对于建筑物底面稳定性非常重 要， 因为建筑是由一些大型和重型部件构建的。所以它的结构必 须传到它自身的重量一直到地面， 结构的作用力也通常是下一直 作用到地面的。因此进行建筑设计时， 必须要做的一件事就是弄 明白所选择的体系中向下作用力与地基上承载力二者之间的关 系。因此， 在建筑方案设计阶段， 必须统筹规划布局中的主要承重 柱和墙的数量。 2.高层建筑结构设计中的扭转问题 建筑三心是指建筑结构的刚度中心、 几何形心以及结构重 心。为规避建筑物因水平荷载作用发生扭转破坏的情况， 结构设 计时要选择合理的结构形式和平面布局， 使建筑物最大程度的实 现三心合一。水平方向作用力发挥作用。高层建筑扭转作用的大 小与质量分布息息相关。使得结构的扭转振动减弱， 要求尽可能 实现： 建筑平面采用方形等相对简单的平面式样。 3.高层建筑结构设计中抗震的问题 加强部位控制轴压比用于一、 二级抗震等级的剪力墙底部， 布 置约束边缘构件， 在剪力墙约束边缘构件配箍特征值为v值一半的 区间， 规范允许配置箍筋或拉筋。所设拉筋应同时钩住墙体的水 平分布筋和竖向分布筋， 而不能有一部分拉筋仅钩住墙体的竖向 分布筋。当此区段的体积配箍率或拉筋的竖向间距不能满足规范 要求时， 应同时设置箍筋。 三、 高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法 1.抗侧力结构布置必须均匀、 对称 进行高层建筑的设计过程中， 尤其在对抗侧力构件进行布局 时， 设计人员必须牢牢将平均、 分散、 对称的原则作为黄金准则， 尽 量确保结构的质量中心能够和刚度中心在位置上接近。倘若位移 比与我国颁布的相关规定不一致， 则需要进行相应的改变。根据 时间里可以得出结论： 该种现象源于结构的抗侧力构件布置均匀 性不足。最常见的现象便是剪力墙布置均匀性不过关。在高层建 筑A中， 倘若将单边将轴周围的剪力墙设置成框架结构， 而保留轴 周围的的剪力墙。该种结构下y向抗侧力构件布置则无法达到均 匀、 对称的结果， 通过运算结果证实水平方向的受力结构并没有因 此受到影响， 因此水平方向的位移比几乎没有产生什么变化， 然而 纵向的抗侧力结构的偏移程度就十分明显， 采用SATWE程序进行 运算结果显示位移比由先前的1217变成了1145， 该方向上最大层 间位移角也由先前的1/11844转变为1/1432。由此可见， 抗侧力结 构设计对称性、 不均所带来的严重后果， 设计时进行设计时， 比寻 遵循布局平均、 对称的黄金法则。 在设计过程中， 为了控制扭转效应， 设计者的选择不仅仅是可 以在建筑物外围设置相应的抗侧力结构外， 同时也可以使用削弱 核芯筒刚度的策略对整体结构的周期比值进行调整。针对高层建 筑中的核心部位， 在其剪力墙的中间布设结构洞的方法， 能够保障 结构刚度可以实现均匀、 分散的标准。在对原剪力墙中间部位进 行开洞操作时， 需要注意的是尽量避免在两端开洞， 该种操作方法 是为了不在工程中有短肢剪力墙出现， ， 特别是避免异形柱情况的 出现， 保证整个建筑的协调。 2.加大现有抗侧力构造的刚度 结构抗扭的刚度的加大， 可以在最大的位移的地方安置抗侧 力的结构， 更可以使用增加原有的测力结构的实际刚度来实现， 主 要的方式有： 将建筑物外角原单向剪力墙布置成L形剪力墙， 且尽 可能延长， 外立面转角尽可能避免开窗， 更不要开转角窗加厚离质 心较远处剪力墙的厚度加大周边剪力墙连梁的高度， 一般连梁的 高度取楼板距下层门窗顶的高度。为了增加剪力墙抗扭刚度， 可 以将楼面以上至窗下边的高度部分也变成连梁， 即除窗洞外， 其余 部分均为连梁。 3.裙房部分防止上下层刚度偏心 在高层建筑设计中， 通常存在以下情况： 当主楼满足 高规 第 3.4.5条的有关控制结构扭转效应的要求时， 裙房部分却不能满足 这主要是由于结构上下刚度偏心较大， 裙房相对于主楼偏心布置 裙房平面不规则或过于狭长， 裙房的刚度相对于主楼来说太弱， 刚 度中心与质量中心相差太远， 最远处节点位移偏大等原因引起的。 4.高层建筑防止结构平面过于狭长 现在， 十多层左右的小高层住宅较多， 建筑专业为了满足使用 要求， 往往套用多层砖混结构住宅的户型， 大多数小高层住宅的平 面布置过于狭长， 其长宽比接近或超过 高规 要求， 有的长度超过 了 混凝土结构设计规范 规定的钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间 距要求。一般来说， 平面狭长结构的抗扭刚度是比较弱的， 很难满 足 高规 的要求， 可以通过以下两个方法解决： （一） 小的高层结构使用框架这样的结构， 第一要最大限度的 把太过狭长的构造脱开， 如果建筑的专业不允许， 是可以在大端的 部分加大抗侧力刚度的方式来控制扭转效应。如条件允许， 中间 增加框架柱， 即增加框架的跨数。这些方法可以增加梁的线刚度， 也可显著增加结构的抗扭刚度。 （二） 小的高层使用框架剪力墙的结构体系， 因为房屋的高度 不是很高， 剪力墙通常是在楼梯和电梯之间， 这些抗侧力的构造通 常是集中或者分布的不均匀， 扭转效应大， 这种状况， 一定要把中 间那部分剪力墙的结构削弱， 把外侧加上剪力墙， 此时的抗侧力刚 度又过大， 这样不但浪费成本也不是必要的选择。因此能采用框 架体系时， 尽量不采用框架剪力墙体系， 因为在地震烈度不大的地 区采用框架结构反而能满足 高规 控制抗扭效应的要求。 四、 结束语 通过对高层建筑结构设计中扭转效应控制方法的研究分析， 我们可以发现， 该项工作理想效果的取得， 有赖于对扭转效应多方 面原因的分析与掌控， 有关人员应该从高层建筑结构设计的客观 实际出发， 研究制定最为符合实际的扭转效应控制实施方法。 参考文献： 1蔡健,潘东辉,