高层建筑结构抗扭设计的一些概念

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1、高层建筑结构抗扭设计的一些概念　　《高规》条对的高层结构抗扭设计的要求：结构平面布置应减少扭转的影响。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倍，不应大于该楼层平均值的倍；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倍，不应大于该楼层平均值的倍。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，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。　　的条文说明：本条主要是限制结构的扭转效应。国内、外历次大地震震

2、害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，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。对结构的扭转效应需从两个方面加以限制。　　1)限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。本条对A级高度高层建筑、B级高度高层建筑、混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑，分别规定了扭转变形的下限和上限，并规定扭转变形的计算应考虑偶然偏心的影响。B级高度高层建筑、混合结构及本规程第10章所指的复杂高层建筑的上限值比现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定更加严格，但与国外有关标准(如美国规范IBC、

3、UBC，欧洲规范Eurocode-8)的规定相同。　　2)限制结构的抗扭刚度不能太弱。关键是限制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。当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大。若周期比Tt/T1小于，则相对扭转振动效应如θr/u一般较小(θ、r分别为扭转角和结构的回转半径，θr表示由于扭转产生的离质心距离为回转半径处的位移，u为质心位移)，即使结构的刚度偏心很大，偏心距e达到，其相对扭转变形θr/u值亦仅为。而当周期比Tt/T1大于以后，相对扭振效应θ/u值急剧增加。即使刚度偏心很小，偏心距e仅为，当周期比Tt/T1等于时，相对扭转变形θr/u值

4、可达；当周期比Tt/T1接近1时，相对扭转变形θr/u值可达。由此可见，抗震设计中应采取措施减小周期比Tt/T1值，使结构具有必要的抗扭刚度。如周期比Tt/T1不满足本条规定的上限值时，应调整抗侧力结构的布置，增大结构的抗扭刚度。　　扭转耦联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断。在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向因子大于时，则该振型可认为是扭转为主的振型。　　HiStruct从以下几个方面，对高层建筑结构的抗扭设计中的一些概念进行分析：　　1.为什么扭转比平动对于高层结构而言危害更大　　从构件受力的角度看，假如一个规则的结构，所有的柱子尺寸相同，那么在相同的水平力

5、作用下，经过刚心的外力产生平动，所有的竖向构件可以通过楼板的有效联系共同作用，因此柱子分担的剪力相同；而不经过刚心的外力在平动的基础上附加了一个扭矩，造成一部分的柱子的剪力与平动产生的剪力相叠加，尤其是角部柱子总受力更大，因此无法有效的发挥柱子的均衡作用，进而造成部分柱子的薄弱。　　从构件的承载力来看，扭转所产生的扭矩，以剪应力的形式存在，一般构件的破坏准则通常是由剪切决定的。另一方面，剪切也意味着脆性破坏。　　2.为什么采用位移比和周期比来控制高层结构的扭转效应　　从《高规》条文说明的解释来看，位移比即是用来限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；而

6、周期比是用来限制结构的抗扭刚度不能太弱，从而用来限制振动耦联，因为振动耦联会使结构的扭转效应明显增大。位移比和周期比缺一不可，对于平面规则的结构，可能位移比很小，但是周期比很大，同样对于平面不规则，但是抗扭刚度很大的结构，可能位移比很大，但是周期比却很小。HiStruct在此提醒各位使用etabs等程序做高层结构分析的时候，注意这些程序的位移计算结果均是采用振形分解组合之后的绝对值，因此，对于楼层最小位移的计算可能不准确，因为尤其是结构的底部，可能出现最小位移为负数的情况。　　3.什么是第一平动周期和第一扭转周期　　举个例子，这是某高层计算的前几个振型数据：　　振型号周期转角平动系数(X

7、Y)扭转系数　　1()　　2()　　3()　　4()　　5()