浅谈高层结构平面不规则抗扭设计

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1、浅谈高层结构平面不规则抗扭设计浅谈高层结构平血不规则抗扭设计摘耍:本文分析了建筑结构扭转破坏的机理及引起扭转效应的主耍因索。提出平面扭转不规则高层结构的抗扭设计相关的技术措施。并通过工程实例介绍了高层结构抗扭设计的应用。关键词:高层结构；扭转不规则；扭转破坏机理；扭转效应；抗扭设计Abstract:thispaperanalysesthearchitecturestructurereversedamagemechanismofcauseandthemaincausestorsioneffect.Putforwardthehigh-level

2、structureirregularplanereversewrestresistantdesignrelatedtechnicalmeasures・Andthroughtheengineeringcase,thispaperpresentsthedesignofhigh-risestructureandapplication.Keywords:high-risestructure;Reverseirregular;Reversethedamagemechanism;Torsioneffect:Wrestresistantdesign中图分

3、类号：S611文献标识码：A文章编号：引言大量震害表明，地震作用下平面凹凸不规则、楼板不连续结构，受力复杂、传力不明确，容易诱发和造成结构局部薄弱部位率先发生破坏，严重者可引起整个结构倒塌破坏。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。震害表明，地震作用下结构扭转破坏，主耍表现在变形受力较大而又薄弱的边缘部位竖向构件率先受到冲击损坏，地震作用效应随之不断积累，造成边缘部位竖向构件较快进入破坏状态，严重者造成结构局部倒塌，甚至引起整个结构破坏倒塌，这种扭转破坏机制较难实现整体结构延性耗能，对建筑结构抗震十分不利，设计必须

4、加以控制。一、结构扭转破坏机理根据材料力学原理，当一个构件受到扭转作用时，构件横截面上距圆心为R的任一点的剪应力其方向垂直于该点所在的半径，大小与该点到圆心的距离成正比。图1为模拟一个均匀对称的结构，质心和刚心重合于0点，当结构受到扭矩T作用时，在各竖向构件中产生剪丿JF1和F2,其中离0点较远的剪力F1要大于离0点较近的剪力F2O这表明当结构受到扭矩作用时，离构件刚度中心越远的竖向构件剪应力越大，剪切变形也越大，但建筑周边的竖向构件承担扭转效应的剪力较大。图1结构扭转受力示意图对于平面扭转不规则建筑，在中震和大震作用下产生的扭矩作用将明显

5、加大竖向构件的剪力，一旦由于扭转作用而使得产生的水平剪力大于竖向墙柱构件所能承担的剪力时，整个结构将变成“弱剪强弯,弱柱强梁”的结构体系，显然这种体系的延性耗能能力极差，结构将可能发牛:脆性破坏而倒塌。因此，高层建筑结构的概念设计中应釆取有效措施避免或减小在风荷载或在地震作用下产生的结构扭转效应，适当提高结构的抗扭性能。二、引起结构扭转效应的因素1、地震地面运动扭转分量实际地震地面运动存在6个分量。即除X、Y、Z三个水平分量外，还有绕X、Y、Z轴的三个扭转分量，其中绕Z轴的扭转分量直接对结构产生扭矩。目前国内结构抗震设计一般都是仅考虑x、Y

6、向水平地震作用，仅对8,9度大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑考虑z向竖向地震作用，而未考虑实际存在的地震地面运动扭转分量的作用，这必然对结构安全造成一定的隐患。2、刚心与质心不重合产生的偏心距在刚性楼板假设的前提F,对于单层建筑结构，水平力通过某点不产生扭转效应，此点就称为刚心。对于多高层建筑结构的刚心，当结构进入非弹性状态吋，各部分构件的刚度是变化的，产生的楼层刚度中心也是变化的。地震作用时，地震力可简化为在质心处的集中力F,当结构质心与刚心不重合时，地震力F与刚心就存在偏心距e,这时在水平地震作用下将产生扭矩T二F•e[

7、l],扭矩T随偏心距e增加两增大，扭转效应也随之增大。除结构口身的偏心外，《高规》还要求计算单向地震作用时应考虑0.05L的偶然偏心的影响，这主要是考虑到施工、使用或地震地面运动扭转分量等因素引起附加偏心距的不利影响。3、平扭耦联振动的放大效应抗震设计中若考虑了平动一一扭转耦联的刚度，地震产纶的振动将沿结构最薄弱部位方向，次薄弱部位方向直到类推，所产生的各个阵型和周期都是空间的，各个方向位移Z间将和互影响。若扭转为主的第一自振周期T1与平动为主的第一自振周期T1比Tt/T1小于0.5时，则相对扭转振动效应较小3、r分别为扭转角和结构的回转半

8、径，Or表示由于扭转产生的离质心距离为冋转半径处的位移，u为质心位移)；当局期比Tt/T1大于0.85吋，和对扭转变形9r/u达到0.25,当周期比Tt/T1接近1时,相对扭转变