高层建筑不规则结构扭转刚度对位移比限值影响的研究

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1、新疆大掌建筑工程萼印完硕士学位裁吁≮§１－２课题研究关键问题合理的建筑结构体系要求刚柔相济。结构太刚则变形能力差，强大的破坏力瞬间袭来时，需要承受的力很大，容易造成局部受损最后全部毁坏；而过“柔”的结构虽然可以很好地消减外力，但容易造成变形过大而无法使用甚至整体倾覆。结构是“刚”一点好，还是“柔”一点好？什么程度合适？这个问题历来是专家争论的焦点，现今规范给出的是一些控制指标，无法提供“放之四海皆准”的精确答案。另外，安全的结构要求层层设防，不允许把结构是否安全的希望寄托在某个或某几个构件的承载能力上，因此结构的平面刚度分布必须均衡，只有这样才能让结构平面布置趋于合

2、理，也就能够在破坏力来临时具有更强的抵抗能力．合理的结构平面布置结构能够让同层构件在较大的位移比数值下仍然完好：反过来说，在不考虑结构本身刚度特性时，对于所有高层建筑结构采用同种标准来定义其是否“规则”时，容易失之于粗糙，此为本论文主要验证的问题——位移比参数定义结构的规则性必须同时考虑结构体系抵抗扭转能力大小的影响。综上所述，本论文研究解决的关键问题为：１．结构自身的扭转刚度对于《规范》提出的平面布置不规则界定参数——位移比的影响。即：论证当高层建筑结构的平面布置形式适当、抵抗扭转的能力比较大时，结构能够突破《规范》１．５位移比限值而不发生破坏；２．探索在特定的高

3、度和平面布置形式下，结构自身扭转刚度和位移比之间的数学规律，为位移比参数对于不规则特性的影响进一步研究提供行之有效的参考方法。４新疆大掌建筑工程掌肖挚页士学位论文第二章课题基本研究内容理论分析§２．１平面不规则结构变形分析结构平面不规则宏观表现为扭转，但结构扭转与单个构件扭转在研究方法上虽有一定联系，力学性质上却有本质区别：对构件扭转，材料力学定义为：外力偶矩导致构件中任意两个与该力偶矩平行的横截面之间存在一定扭角Ａｏ，外力偶矩越大则扭角越大，超过构件承载极限发生扭转破坏。而结构扭转则是结构宏观形态表现为扭转，而同层各构件受力状态仍然表现为受弯或受剪，其破坏多为弯曲

4、破坏和剪力破坏。结构整体扭转破坏示意如图２—１：图２－ｉ：框架一剪力墙结构整体扭转破坏示意图新Ｊｌ－大掌建筑工程掌院硕士掌位・论・文上图为使用ＡＮＳＹＳ计算的框一剪结构扭转Ｘ方向位移等值线云图，位移放大５０００倍显示。可以看出同楼层每一竖向承载构件其内力仍然以弯曲、剪切和轴向受力为主。因此如果把结构整体看成一底部嵌固悬臂构件，则每一个构件成为构件中的微元体，其力学特性与整体就有本质区别，分析方法和构件扭转力学分析也相应不同。高层建筑结构平面不规则特性是指：当结构平面质量中心同刚度中心不重合时，水平侧向力合力作用点没有通过刚度中心，此时整体结构不仅有横向平移，而且伴随

5、有围绕刚度中心的扭转作用，也就是说：同层各竖向构件的水平方向位移不再是沿Ｘ或者Ｙ方向完全相等，而是以刚心为中心，各个构件距离该中心越远其水平位移越大，结构宏观表现为围绕刚度中心扭转。显然，距离刚度中心越远的构件附加扭转作用越大。这种同平面结构各构件的不均匀位移危害是显而易见的：最明显一点就是由于附加扭矩的参与导致更加复杂的不均匀受力，这种不均匀受力不但不容易估计，而且容易导致同层构件破坏不同步，促使某些局部结构早于其他部分失去应有的抵抗外力的能力。因此在地震作用中结构平面不均匀布置导致的结构扭转破坏是一个普遍发生的致坏因素。应尽可能减少甚至避免。§２．２结构平面不规

6、则的计算方法１．质量中心的确定平面不规则特性对高层结构最主要危害是使结构绕刚度中心产生扭转。扭转产生原因为结构平面的质心与刚心不重合，这里的“质量中心”对于地震荷载而言是指等效地震荷载合力作用点即惯性力合力作用点，它与质量分布有关，结构质量越大惯性力越大。质心与刚心不重合时，惯性力作用于质心，与质心刚心距离乘积形成扭矩，造成结构同层位移分布不新疆大掌建筑工程学院硕士学位论文均。此即为结构平面不规则的宏观表现。具体大小计算方法为：将建筑物面积分为若干单元，认为在每个单元内质量是均匀分布的，如图２—２：图２—２：质量中心计算简图对于图中的ｎ块质量单元，类似于材料力学形心

7、坐标的求解方法，得如下公式：％一瓷＝瓷‰２瓷＝瓷其中：巩：第ｉ个面积单元的质量彬：第ｉ个面积单元的重量ｘｉ，Ｍ：第ｆ个面积单元的重心坐标值新疆大掌建筑工程掌院硕士掌位－论・文２．刚度中心的确定所谓刚度中心是指各片抗侧移结构抗侧移刚度的中心，计算方法也类似于形心计算。把抗侧力单元抗侧力刚度作为假想面积，该假想面积形心即刚度中心，上述提到的抗侧力刚度是指是抗侧力单元产生单位层间位移时，需要作用的层剪力，也称抗推刚度。公式如下：％＝％＝吆一瓯竖啦其中：Ｋ：与），轴平行的第ｉ片结构的剪力；圪：与瑚平行的第七片结构的剪力：ｔ，６，：该结构该层ｚ，Ｙ方向上的层间位移结