淺談高層建筑結構抗扭設計措施

1、<p>　　淺談高層建筑結構抗扭設計措施</p><p>　　摘要：高層建筑事業(yè)雖然在不斷的發(fā)展，但是其中依舊存在很多的問題，如高層建筑設計中的扭轉效應就是一個重要的問題，本文結合高層建筑結構扭轉效應的控制措施及抗扭設計的構造措施進行理論分析，提出了一些改善和提高高層建筑結構安全體系的常用抗扭構造措施。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑 扭轉設計 扭轉效應 構造措施 <

2、;/p><p>　　目前，隨著房地產(chǎn)業(yè)的興起與土地資源的稀缺，高層建筑在國民生產(chǎn)建設中啟動到至關重要的作用，為了保證各種不同的建筑功能及城市建筑的美觀要求，各種各樣體量各異高層建筑也越來越多的涌現(xiàn)。然而國內(nèi)外大量震害調(diào)查表明：平面不對稱、不規(guī)則，質(zhì)量與剛度偏心和扭轉剛度太弱的結構，在地質(zhì)災害，尤其是地震中都會受到嚴重的破壞。國外一些震動臺模型試驗也表明：扭轉效應會導致結構的嚴重破壞。為了有效降低破壞的嚴重性，可以從以

3、下幾個方面采取相應措施。 </p><p>　　第一、從基本設計原則上重視概念設計對控制扭轉效應的作用。所謂概念設計是指根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構的總體布置并確定細部構造的過程。人們從大量震害經(jīng)驗中總結發(fā)現(xiàn)，“概念設計”往往比“計算設計”更重要。這主要是由于地震和地震效應的隨機性和復雜性，以及計算模型和實際情況的差異，使得地震時造成建筑破壞的程度很難準確預測。因此，要進

4、行精確的抗震計算是困難的，結構抗震性能在更大程度上取決于良好的“概念設計”。 </p><p>　　例如：選擇建筑場地時，宜選擇有利地段，應避開不利場地。 </p><p>　　在選擇抗震結構體系時，應注意使其具有明確的計算簡圖和合理的地震作用轉遞路徑。也可以增加結構超靜定次數(shù)，設置人工塑性鉸，利用框架填充區(qū)、耗能裝置等設置多到抗震防線。 </p><p>　　第二

5、、建筑結構的預先布置。首先，控制結構的高寬比高層建筑中控制側向位移常常成為結構設計的主要矛盾，而且隨著高度增加，傾覆力矩也將迅速增大，因此，建造寬度很小的建筑物是不合適的。一般應將結構的高寬比控制在5～6以下，當設防烈度在8度以上時，高寬比限制應更嚴格一些。 其次，結構的平面布置當建筑物長度較大時，在風力作用下，也會出現(xiàn)因風力不均勻及風向紊亂變化而引起的結構扭轉、樓板平面撓曲等現(xiàn)象。為了避免樓板變形帶來的復雜受力情況，建筑物長度應加以限

6、制。當設防烈度為6度和7度時，長寬比不宜超過6；當設防烈度等于或大于8度時，長寬比不宜超過5。 </p><p>　　第三、提高建筑結構的整體抗扭能力。借助材料力學抗扭剛度概念，高層建筑結構從整體分析角度出發(fā)，剪力墻按“均勻、分散、對稱、周邊”的原則布置外還應符合以下要求，在抗扭剛度角度上，剪力墻分量（主要是長度）叢外到里逐步減少，從抗側移剛度角度上，剪力墻分量直線上均勻分布。 由于轉換層上下的剪切剛度比和建筑專

7、業(yè)的限制，在無法增加落地剪力墻情況下，可在轉換層以上的較長的墻肢中間開洞，這樣可在扭轉剛度降低不多情況下有效地降低轉換層上層的剪切剛度，從而有效地降低剪切剛度比。 </p><p>　　第四、提高建筑結構中抗扭設計的技術水平。 </p><p>　　1、合理布置抗側力構件。水平地震動是一種雙向現(xiàn)象，因此結構必須能抵抗任何方向的水平地震作用，合理的的布置抗側力構件，不僅能調(diào)整結構的剛度分布，

8、使其盡量均勻、分散、對稱，使結構的質(zhì)量中心和剛度中心接近，同時，還可以作為抗震設計的第一道防線，吸收主要的地震能量，避免主要結構構件的破壞。然而在實際工程中，由于質(zhì)量位置和地震動的空間變化的不確定性，即使是對稱的規(guī)則結構，實際上也是很難做到結構的質(zhì)量中心和剛度中心的完全重合，存在有偶然偏心。因此，除側向抗力和剛度以外，結構必須具有足夠的扭轉抗力和剛度，以限制在不同結構構件中產(chǎn)生不均勻應力的扭轉震動的發(fā)展。為此，主要的結構抗震受力構件應靠

9、近結構周邊進行布置，并加大周邊構件的截面，加大內(nèi)筒與周邊剪力墻主要連接構件的截面，增強結構整體性，從而有效增加抗側剛度，減小層問側向位移，以有效提高結構的抗扭轉能力。 </p><p>　　2、正確設計樓板。樓板是整個房屋結構中一個不可缺少的部分，在水平地震作用下，如同水平隔板一樣工作，不僅將慣性力集中并傳遞到豎向結構體系，還能保證豎向結構體系作為整體，共同抵抗水平地震作用。在豎向結構體系復雜，或非均勻布置，或與

10、具有不同水平變形特征的雙重體系一起使用時，樓板的作用就更為重要。因此，樓板體系應具有足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向結構體系有效的連接，尤其要注意樓板上下豎向構件剛度突變。例如，樓層平面形狀不規(guī)則或特別狹長的樓板及其有大洞口的情況，尤其是當大洞口位于豎向結構附近對有效連接有影響時，為了保證樓板將設計地震作用下的效應傳遞給相連的各抗側力構件，《結構抗震規(guī)范》中規(guī)定，隔板超強系數(shù)可取1.30。 </p><p>　　

11、3、選擇合適的基礎。為使基礎與上部結構的連接設計與施工方法能保證整個建筑均勻的承受水平地震作用，基礎應具有良好的整體性。對于由離散的剪力墻組成的結構，考慮到在寬度和長度方向上剛度有差異，應選用由包括基礎底板和蓋板在內(nèi)組成的箱式或筏板式基礎，對于具有獨立基礎構件的建筑應沿兩個主方向在構件之間采用基礎底板或基礎系梁。除了要滿足基礎整體性的要求，足夠的基礎埋深對于保證上部結構在地震作用下的整體穩(wěn)定性，防止傾覆和滑移也起到了重要的作用。 <

12、;/p><p>　　4、合理設置防震縫。高層建筑宜調(diào)整平面形狀和結構布置，避免結構平面不規(guī)則；當建筑物平面形狀復雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結構布置，使之成為較規(guī)則的結構時，可設置防震縫將其劃分為較簡單的幾個結構單元。 </p><p>　　按照上面的措施方法，可以有效控制高層建筑結構的穩(wěn)定性，保證結構具備有效抗扭能力，并有效提高建筑物抗震性能。扭轉效應是空間的作用，在概念設計時應從結構的整體出