文档介绍：高层建筑结构抗扭设计问题分析与研究
高层建筑结构抗扭设计问题分析与研究
【摘要】本文首先分析了影响高层建筑结构扭转的主要因素,然后谈了谈工程上抗扭手段,最后就高层建筑结构的扭转效应和控制进行详细的探讨。提出了自己的一些看法,可供参考。
【关键词】高层建筑;扭转效应;概念设计
前言
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,主要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,设计必须加以控制。
一、高层建筑扭转问题的产生分析
人们物质文化生活的丰富,随着也对建筑功能和形式的要求越来越多样。建筑师为了迎合人们的这种需求,越来越倾向于设计出平面和立面都很复杂的建筑,在高层住宅建筑中,因考虑到多用户型,采光通风及住户私密性的要求,大量采用风车形、井字形联体结构的平面布置,甚至将这两种结构布置组合在一起形成哑铃状的平面结构布置方案。风车形这类建筑平面有较大的外伸长度,剪力墙主要集中在中间的楼、电梯间部位,各个单元之间连接部分开洞较多,联系较薄弱;哑铃状这类建筑平面通常长宽比较大,结构的质量集中在两端且由于偶然偏心很大,对结构的受力很不利。
二、高层建筑工程抗扭措施分析
1、平面刚度、质量的分布。地震本身是多方向的,存在扭转分量,而目前尚未见实测资料,也无法计算。如果结构本身刚度不均匀,将加剧扭转作用。扭转是导致结构破坏的重要原因,由于无法预见和计算,因此减少结构的质量不均匀和刚度不均匀,加强结构的抗扭刚度和抗扭能力成为减少震害的重要措施,是十分重要的设计概念。不考虑耦连反应的基于静力概念的近似计算公式如下:
、r 分别为扭转角和结构的回转半径, ?r 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;K1、Kt分别为凝聚后的结构项部的侧向刚度与扭转刚度;m1、mt分别为凝聚后的结构顶部的质量与转动惯量;F 为顶部侧向力;Mt为顶部扭转。由式 l 可知,对结构的扭转效应需从两方面加以限制。
(1)限制结构平面不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应,关键就是控制好设计偏心矩 e。高层建筑结构在地震作用下的扭转振动是难以避免的。诸多国家的抗震设计规范都规定,对于均匀对称结构,给与设计偶然偏心距 e0,e0=(~)L,L 垂直于地震作用方向的建筑物的边长;对于不对称结构,按静力方法计算时,将计算的偏心距 e1 乘以 ~ 的增大系数并加上偶然偏心距 e0,即设计偏心距 e=(~)e1+(~)L。故对平面长度较长的结构在整体结构十分不合理的情况下首要考虑的是设缝,以降低 L 进而减少设计偏心矩 e,从而有效的降低扭转作用。
(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 T+与平动为主的第一自振周期 T1 之比。周期