對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計(jì)的思考

1、對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)注意事項(xiàng)。    關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu) ；抗扭設(shè)計(jì)； 抗扭措施； 注意事項(xiàng) 在出現(xiàn)地震自然災(zāi)害的時(shí)候，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)，在經(jīng)受平移作用的同時(shí)，還會(huì)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(shuō)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(wèn)題，更應(yīng)該積極

2、進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)中的抗扭設(shè)計(jì)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(yùn)用梯形及矩形這些勻稱的幾何形狀，不能運(yùn)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(shí)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(duì)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(duì)于倒梯形建筑，其建筑風(fēng)格較為流行，然而強(qiáng)度、質(zhì)量及剛度分布方面都不滿足抗震設(shè)計(jì)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(duì)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?duì)柔弱的樓層，易于地震內(nèi)，由于塑性變形集中效應(yīng)，造成巨大破壞。  對(duì)于地震區(qū)中的高層建筑，適宜運(yùn)用矩形、圓形或者方形平面，還能運(yùn)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(duì)稱、簡(jiǎn)便，然而不是順著主軸方向進(jìn)行對(duì)稱，在地震的時(shí)候，容易出現(xiàn)比較大的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，因此地震區(qū)高層建筑的現(xiàn)狀盡可能不運(yùn)用三角形。同時(shí)最好也不用存在比較長(zhǎng)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(shí)候，極易出現(xiàn)差異側(cè)移，導(dǎo)致震害更大。2.扭轉(zhuǎn)振動(dòng)通常由下面兩個(gè)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(shí)候，能造成地震作用之下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。即使每層的剛心重合于質(zhì)心，然而整個(gè)建筑的質(zhì)心未處于同一軸線之上，能經(jīng)受地面運(yùn)動(dòng)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(dòng)。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(shí)剪力墻的布置對(duì)剛度能否均勻產(chǎn)生關(guān)鍵影響。(2)外來(lái)作用在地震的時(shí)候，地面質(zhì)量之間存在著運(yùn)動(dòng)區(qū)別性，地面在出現(xiàn)平動(dòng)分量的同時(shí)，還出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)分量，后者造成結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)。然而因?yàn)榈卣鹩^測(cè)繁瑣的工作條件，扭轉(zhuǎn)分量的一些理論及計(jì)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(jì)算公式。然而在規(guī)

5、范內(nèi)，考慮了它的影響：在不對(duì)規(guī)則結(jié)構(gòu)實(shí)施扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算的時(shí)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(zhǎng)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(jì)控制方法和抗扭措施進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能進(jìn)行結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的改善，還應(yīng)在構(gòu)造上，運(yùn)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(qiáng)周邊。能由下面幾點(diǎn)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的改善。對(duì)于建筑平面，其總體布置要對(duì)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(qiáng)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(jìn)行遠(yuǎn)離質(zhì)心位置剪力

6、墻厚度的加大，進(jìn)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(shí)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(qiáng)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(jìn)而加大整平面的抗扭剛度。2.抗扭措施針對(duì)建筑的實(shí)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(shí)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(jì)值以及組合彎矩設(shè)計(jì)值還需要和某增大系數(shù)相乘，其值不能比1.1?。灰?/p>

7、級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)位置、之上一層的截面組合的彎矩設(shè)計(jì)值，要使用墻肢底部截面組合彎矩設(shè)計(jì)值，在另外部位，設(shè)計(jì)值要和增大系數(shù)1.2相乘；每級(jí)剪力墻底部加強(qiáng)位置的截面剪力墻設(shè)計(jì)值都要和對(duì)應(yīng)的增大系數(shù)相乘，一、二以及三級(jí)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(jì)注意事項(xiàng)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(jìn)行側(cè)向位移的控制往往是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)矛盾，還由于高度變大，傾覆力矩也會(huì)快速變大，所以對(duì)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(shí)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(duì)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(yùn)用完全通過(guò)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(zhǎng)度比較大的時(shí)候，經(jīng)過(guò)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(wèn)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(zhǎng)度。在設(shè)防烈度達(dá)到6度及7度的時(shí)候，長(zhǎng)寬比不能多于6；在設(shè)防烈度不小于8度的時(shí)候，長(zhǎng)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(yùn)用對(duì)稱、規(guī)則及簡(jiǎn)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(jìn)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(zhǎng)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(yùn)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(jì)要求的承載能力，避免太     早的破壞。(1)箍筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度在當(dāng)今，對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件箍筋，常運(yùn)用級(jí)光面鋼筋以及冷拔低碳鋼絲，在扭矩及剪力比較大的時(shí)候，運(yùn)用級(jí)變形鋼筋。針對(duì)級(jí)及級(jí)鋼筋，規(guī)范進(jìn)行規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度各自是210以及310MPa，均比美國(guó)規(guī)范進(jìn)行規(guī)定的422.5MPa小。國(guó)內(nèi)

10、外的一些抗扭試驗(yàn)證明，級(jí)以及級(jí)鋼的箍筋能根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完全發(fā)揮出它的屈服強(qiáng)度。(2)縱筋的直徑以及間距由于扭矩作用，縱筋重點(diǎn)承受拉力以及銷栓力，對(duì)于角部縱筋，其還經(jīng)受著斜壓力造成的外推力。基于我國(guó)的具體工程，通常縱筋的直徑不能比10mm小，偶爾也會(huì)運(yùn)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(yàn)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(jì)強(qiáng)度具有的作用。所以對(duì)于抗扭箍筋配置范圍的延伸長(zhǎng)度，能選用縱筋的延伸長(zhǎng)度。四、結(jié)語(yǔ)高層建筑設(shè)計(jì)人員在實(shí)施高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須極其關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問(wèn)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(diǎn)所在依然是應(yīng)大力考慮每個(gè)方面的影響因素，搞好計(jì)算以及校核，根據(jù)建筑的實(shí)際特征以及薄弱點(diǎn)，積極給出建筑結(jié)構(gòu)的抗扭設(shè)計(jì)措施，確保高層建筑可以抵制地震等自