8-扭转效应计算

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1、多层与高层建筑结构设计土木工程系第8章扭转近似计算第8章扭转近似计算通过本章学习，了解扭转产生的原因。掌握质量中心、刚度中心以及扭转偏心距的计算。掌握考虑扭转作用的剪力修正的计算方法。了解结构扭转修正系数的定义、影响因素。了解结构扭转修正系数对结构单元剪力的影响。概述质量中心、刚度中心以及扭转偏心距考虑扭转作用的剪力修正讨论建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。最为典型的例子是1972年2月23日南美洲的马那瓜地震。马那瓜有相距不远的两幢高层建筑，一幢为十五层高的中央银行大厦，另一幢为18层高的美洲银

2、行大厦。当地地震烈度估计为8度。一幢破坏严重，震后拆除；另一幢轻微损坏，稍加修理便恢复使用。马那瓜中央银行大厦试问：那一幢破坏严重呢？马那瓜美洲银行大厦1）平面不规则4个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。4层以上的楼板仅为5cm厚，搁置在高45cm长14m小梁上。2）竖向不规则塔楼上部（4层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共64根，支承在4层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的10根1m×1.55m的柱子上（间距9.4m）。上下两部分严重不均匀，不连续。主要破坏：第4层与第5层之间(竖向刚度和承载力突变),周围柱子

3、严重开裂，柱钢筋压屈；横向裂缝贯穿3层以上的所有楼板(有的宽达1cm),直至电梯井东侧；塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均严重破坏或倒塌。震后计算分析结果:1.结构存在十分严重扭转效应;2.塔楼3层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；3.水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。马那瓜中央银行大厦结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括4个L形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。分析表明：1.对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效

4、地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；2.避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；3.当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。美洲银行尼加拉瓜美洲银行平面18层的美洲银行大楼的主要抗侧力结构是钢筋混凝土内筒，内筒由4个L形小井筒和小井筒之间的连梁组成。1972年马那瓜地震中，美洲银行大楼仅在3～17层四个L形小井筒之间的连梁出现斜裂缝，L形小井筒没有发现裂缝和破坏，震后修复连梁后即投入使用。中央银行大楼是l5层钢筋混凝土单跨框架，钢筋混凝土电梯井筒和楼梯间布置在平面的一

5、端；1972年马那瓜地震中，中央银行大楼严重破坏，五层框架柱严重开裂、纵筋压屈，电梯井的墙体开裂、混凝土剥落，非结构构件破坏、甚至塌毁。中央银行大楼两幢建筑震害悬殊，结构体系不同是一个原因，主要原因是结构布置不同。中央银行大楼电梯井筒和楼梯间布置在平面的一端，结构刚度严重不对称，地震作用下，结构的扭转效应加重了单跨框架结构的震害。美洲银行大楼的结构平面布置对称、均匀，扭转反应小；钢筋混凝土内筒的刚度大，地震作用下的变形小；四个L形小井筒用连梁联系，管道穿过连梁中间，削弱了连梁，地震中连梁开裂，耗散能量，降低了地震力。概述结构受扭前面介绍

6、的框架、剪力墙以及框－剪结构的计算，都是在平移情况下，即水平荷载合力作用线通过结构刚度中心情况下的计算。当水平荷载合力作用线不通过刚度中心时，结构不仅发生平移变形，还会发生扭转。右图中的结构虽然平面形状对称，水平荷载合力通过平面形心，但抗侧力结构布置不对称，结构会发生扭转。在风载以及地震作用下结构均可能受扭。在地震作用下，扭转常常使结构遭受严重破坏。因为扭转作用无法精确计算，即使在完全对称的结构中，也不可避免会受到扭转作用，因此扭转的计算是个比较困难的问题，在工程设计中，要着重从设计方案，抗侧力结构布置或者配筋构造，连接构造上妥善考虑。

7、一方面要尽可能减少扭转，另一方面尽可能加强结构的抗扭能力。本章介绍的近似方法适合于手算，该方法概念清楚，计算简便，对比较规则结构可以取得较好的效果。基本假定：结构是平面结构，楼板在自身平面内无限刚性。分析方法：先作平移下内力分析，后考虑扭转作用对内力以及位移的修正。质量中心、刚度中心以及扭转偏心距质心坐标首先要确定水平力作用线及刚度中心，两者之间的距离即为扭转偏心距。风荷载的合力作用线位置可以见第二章中的2－1。一、质量中心等效地震作用点即惯性力的合力作用点，其与质量分布有关，称为质心。质心的确定：将建筑面积分为若干个单元，认为每个单元

8、中质量是均匀分布，用下式来确定质心坐标。其中：mi——第i个面积单元的质量；xi、yi——第i个面积单元的重心坐标。二、刚度中心定义：各抗侧力结构抗侧移刚度的中心。计算方法与形心计算方法类似，可以将抗侧力单