平面不规则高层结构的抗扭设计与工程实例分析.pdf

平面不规则高层结构的抗扭设计与工程实例分析1概述2结构扭转破坏机理及扭转变形分析邓孝祥张元坤李盛勇能力．我国学者和专家在研究并参考国外资料的基础上，在《建筑抗震设计规范》⋯和‘高规》)中都对结构扭转问题从周期比和位移比两方面做了相关的规定。2．1结构扭转破坏机理剪力。如图1所示的一均匀对称的结构，质心和刚心重合于0点，当结构受到一扭矩T，大量震害表明，结构平面不对称、不规则，极其容易造成结构扭转脆性破坏，严重者甚至导致整个结构倒塌。1972年南美洲马那瓜地震中，两幢高层建筑的震害程度截然不同，其中十五层的中央银行大厦因抗侧力构件不对称布置而发生倒塌，而采用对称外框内筒结构的十八层美洲银行大厦却只受到轻微破坏：1985年墨西哥地震中，有50％的建筑物直接或间接地由于结构扭转发生破坏：1995年日本阪神地震中，由于结构构件或填充墙非对称布置所造成的结构附加扭转破坏在临街建筑的震害中表现得最为突出：1999年9月台湾集集地震中，许多不对称的砖房和钢筋混凝土框架结构都出现了明显的扭转震害特征。同时，国内许多大型振动台试验都观测到结构的扭转振动及由扭转产生的破坏。因此高层结构的扭转问题引起各国研究者的充分关注。为了减少结构的扭转变形和提高结构的抗扭(GB50011—2001)和《高层建筑混凝土结构技术规程》“’(JGJ3—2002)(以r简称《抗规》根据材料力学可知，当一个构件受到扭矩作用时，离构件刚度中心越远的地方剪应力越大，剪切变形也越大。而在整体建筑结构中，当结构受到扭矩作用时。竖向构件将承受第卜九届夸国高层建筑结构学术会议论文2006年摘要本文首先分析了高层结掏扭转破坏的机理，扭转变形的特点及引起结构扭转的因素，然后提出了平面不规则高层结构的抗扭设计方法与措施，最后通过工程实例阐述本文所述抗扭方法在实际工程的应用．关健词平面不规则，扭转破坏机理，扭转分析．抗扭设计(广州客怕生建筑工程设计事务所广州510170)邴孝掸，男．19774出生．工学硬士·107
罐雪‰=鱼华令位耕皆嚣，将其代¨¨式，可得鲁=南当善=1．2时，瓦。=1．5‰；当善=1．5时·‰=3‰；当善=1．8时，‰=9‰．㈤式中瓦。为按刚性楼盖计算，同一侧楼层角点竖向构件最大水平位移或最大层间位移；从这里就可以看出，当善>1．5时，巧二>3最h，整个结构变形受力将变得十分不均匀·变成“弱剪强弯，弱柱强梁”的结构体系。显然这种体系的耗能性能极差，结构将可能在因此。结构抗震设计应采取有效措旋严格控制结构的扭转效应并充分估计结构可能产2．2结构扭转变形分析假定楼板为平面内无限刚，当一个结构发生平动和扭转时，将发生如图(2)所示的变6m为按刚性楼盖计算·同一侧楼层角点竖向构件最小水平位移或最小层间位移；那么将在各柱中产生F1和F2的剪力。其中离刚心远的柱受的剪力F1要大于离刚心近的柱受的剪力F2。也就是说当结构受到扭矩作用时，离刚心越远的竖向构件将承受越火的剪力。根据结构理论可知，构件的剪切破坏是脆性的。目前结构设计均基于小震作用的组台内力进行配筋，中震和人震主要是通过良好结构构造如“强柱弱梁更强节点。强剪弱弯”等构造措施来提高结构延性以达到耗散地震能量的目的。在中震和大震作用下产生的扭矩作用将明显增大竖向构件的剪力，这将造成竖向墙柱构件不足以抵抗水平剪力，从而导致结构竖向墙柱构件发生脆性剪切破坏，甚至导致整个结构倒塌的严重后果。也就是说一旦由于扭转作用而使得地震作用产生的水平剪力大于竖向墙柱构件所能承担的剪力。整个结构将瞬间发生脆性破坏而倒塌。生的扭转效应，适当提高结构的抗扭能力。形。显然J。为按刚性楼盖计算，该楼层平均水平位移或平均层间位移；结构在地震作用下将在变形最大的竖向构件处首先破坏，从而造成结构破坏。为了控制楼层变形的均匀性，《抗规》和《高规》都做了如下规定：考虑单向偶然偏心影响的地震作用F．楼层竖向构件的最大水平位移或层间位移不宜大于该楼层水平或层间位移平均值的1．2第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2006年图I结构扭转受力不意图图2结构扭转变形示意圈(1)·108·
。‰+譬吨=‰一譬巾峥苦硼纠+老在㈥式中譬为水平扭转蒯起的水平扭转变形，控制位移比善2苦，实质就是控制乏棚黼衄转变鹏平动变形批一㈤式可得蚺m对，是：o岛毕M时，老-o．s．脊m吼芝一o，so㈤3引起结构扭转效应的因素变形为0．5倍的平动变形也很小。因此，在这种情况下，位移比根据具体情况可以适当放3。2质心与刚心不重合产生的馕心距倍，A类高层不应大于该楼层水平或层间位移平均值的1．5倍．B类高层不应大予该楼层水平或层间位移平均值的1．4倍。从另一个角度来分析，控制结构扭转变形的实质是控制结构扭转变形耍小于结构平动变形或者控制结构扭转变形的绝对值比较小。控制地震作用F结构扭转振动效应不成为主