浅析出阶段下建设结构设计的抗扭要点分析

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1、浅析出阶段下建设结构设计的抗扭要点分析：下文主要阐述的是现阶段下我国高层建设设计过程中，作优抗扭设计对结构设计的重要性。　　关键词：建筑结构设计振动原因扭转效应　　　　0引言　　众所周知，近几年世界各地地震发生越来越多，房屋的结构要求越越高。房屋的建筑结构不仅受到平移和剪切作用的影响，同时也还会有绕刚度中心的扭转效应。据专家分析，2008年的汶川地震中，许多建筑倒塌也是由于产生扭转作用引起的，国内许多大型振动台试验也都能观测到结构的扭转产生的破坏，因此一定要对高层结构的扭转问题予以高度重视。　　1引起结构

2、扭转的因素　　高层建筑结构破坏大多是由扭转所导致的，因此加强结构的抗扭刚度和抗扭能力是减小建筑结构震害程度的重要措施，也是结构设计的一个重要概念。　　1.1建筑结构扭转振动原因　　1.1.1外来干扰　　地震时地面质量间具有运动的差别性，使地面不仅产生平动分量，同时也产生转动分量，正是后者迫使结构产生了扭转。但由于地震观测的工作条件复杂，使得扭转分量的相关理论和计算方法还不成熟，一些实际技术工作也没能得到解决，所以目前的抗震规范都没有考虑地震扭转分量的计算。但我国规范中考虑了其影响：当不对规则结构进行扭转耦

3、联计算时，应将平行于地震作用方向的两个边榀的地震作用效应乘以一个适当的增大系数，通常短边可取1.15，长边可取1.05，若扭转刚度较小，则增大系数不宜小于1.3。　　1.1.2建筑结构本身因素　　当建筑结构的刚度中心没有与质量中心重合时，会导致地震作用下结构的扭转振动。就算各层的刚心与质心重合，但建筑整体的质心不在同一轴线上，也会受到地面运动的扭转分量、活荷载的偏心及其他复杂因素的影响，也会引起结构的扭转振动。造成扭转破坏的一个重要原因是平面刚度是否均匀，而剪力墙的布置是影响刚度是否均匀的主要因素。　　1

4、.2建筑结构的平面和立面布置　　1.2.1平面布置　　地震区的高层建筑，最好采用圆形、方形或矩形平面，椭圆形、扇形、正六边形、正八边形也可以采用。虽然三角形平面看起来也比较简单和对称，但它并非沿主轴方向都对称，地震时也易产生较强的扭转振动，所以地震区高层建筑的现状尽量避免采用三角形。此外，带有较长翼缘的L形、U形、H形、T形、十字形、Y形平面也不宜采用，因为此类平面在地震时容易发生差异侧移而使震害加重。　　1.2.2立面布置　　地震区高层建筑的立面也尽量采用矩形和梯形等均匀的几何形状，不宜采用带有突然变化

5、的立面形状，因为形状突变会引起质量和刚度的剧烈变化，致使该突变部位在地震时因塑性变形集中效应而加重破坏。在地震区尤其不宜出现倒梯形建筑和大底盘建筑，但这两种建筑形式是比较流行的。倒梯形建筑虽然建筑风格比较时尚，但其在质量、刚度和强度分布上均不符合抗震设计原则，它的上部质量大而下部质量小，使得重心偏高，增加了倾覆力矩；上部刚度大而下部刚度小，相对增大了底层的薄弱程度。许多大底盘高层建筑，在低层裙房与高层主楼相连处容易引起刚度突变，使主楼底部楼层变成相对柔弱的楼层，容易在地震中因塑性变形集中效应而导致严重破坏

6、。　　2结构扭转的性质　　高层建筑结构在地震荷载作用发生扭转破坏时，会加大建筑抗推刚度较弱的一侧的位移，并使其剪力增加，破坏程度加重，如果建筑的每层平面布置不尽相同，有些柱子上、下错位或形状和长边方向改变，这样可能造成地震时底层柱折断而导致上层整体塌落。当结构平面形状不规则时，产生破坏时交叉斜裂缝的宽度可达100mm。对单一受扭构件的破坏的研究表明，少筋及超筋构件以脆性形式破坏，而且破坏是突发性的，没有明显塑性变形，而适筋受扭构件以延性形式破坏，破坏具有明显的塑性变形过程。　　3结构扭转的计算方法　　对高

7、层建筑结构的扭转计算，可采用近似等效的方法，假设楼盖平面内刚度无限大，将质量集中到各层楼板平面上，则可用如图1所示的串联刚片系作为扭转耦联振动时结构的计算简图。每层刚片有3个自由度：x和y方向的平移及平面内的转角φ，即n层结构共有3n个自由度。　　任一振型j在任意层i在自由振动条件下都具有3个振型位移，即一个转角位移φji和两个正交的水平位移Xji、Yji。j振型第i层的水平地震作用标准值按扭转耦联振型分解法计算时，可由下列公式　　确定：　　　　　　式中：Fxji、Fyji、Fφji分别为j振型第i层的x

8、、y方向及转角方向的地震作用标准值；αj为第j振型自振周期Tj相应的地震影响系数；Xji、Yji和φji分别为j振型第i层质心在x、y方向的水平相对位移和相对扭转角；　　　　为i层转动半径，mi为i层质量，Ji为i层绕质心的转动惯量；Yji为计入扭转的j振型参与系数。按(1)式可分别求出每一振型的最大地震作用，但求结构总的地震反应还需进行振型组合。振型组合时，需考虑不同振型地震反应间的相对性，可采用完全二次振型组合法，即按下式