建筑结构设计忠的扭转问题与分析

建筑结构设计忠的扭转问题与分析
发表时间：2015-01-27T09:44:28.233Z 来源：《防护工程》2014年第11期供稿作者：刘易[导读] 大量震害表明，平面不对称或不规则的结构极易发生扭转脆性破坏，甚至导致结构整体倒塌事故。

刘易
红谷滩园林建设集团有限公司江西南昌 330038
摘要：本文主要在分析高层结构扭转破坏的机理、扭转变形的特点及引起扭转的主要因素的基础上，提出平面不规则结构抗扭设计建议，为实际工程设计提供一定的依据。

关键词：扭转；抗扭设计；位移比；周期比
0、前言
大量震害表明，平面不对称或不规则的结构极易发生扭转脆性破坏，甚至导致结构整体倒塌事故。

为了减小结构扭转变形和提高其抗扭性能，《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中都对结构扭转问题从周期比和位移比两方面做出了相关规定。

1、抗震规范和高规的规定
1．1 周期比要求
地震作用对结构的损害与扭转反应的大小有直接关系，扭转反应的大小又与地震的频率、地震扭转振动分量以及结构自身性能等有关：抗扭刚度较小的结构，其扭转周期必然较长，甚至长于结构平移周期。

地震时，这样的结构扭转反应一般会较大，不利于抗震。

因此高规要求将结构扭转周期与平移周期的比值进行限制，即周期比要求。

这也是概念设计中加强抗扭刚度的基本要求。

1．2 位移比要求
结构是否规则、对称，平面中刚度分布是否均匀是结构本身的性能，可以用结构的刚心与质心的相对位置表示，二者相距较远的结构在地震作用下扭转可能较大。

由于刚心与质心位置都无法直接定量计算，抗震规范和高规都采用了校核结构最大水平位移与平均水平位移比值的方法，即位移比要求。

在楼板平面无限刚性的假定下，由结构某一条边缘的最大和最小位移变形平均后得到平均位移。

抗震规范和高规都规定了位移比超过1．2 为不规则结构，超过1．5 为严重不规则结构。

高规还明确要求在增加附加偏心距(5％L，L 为边长)的情况下计算校核位移比。

虽然这个规定只是宏观的控制，但是它比老规程有所进步，便于设计操作，在许多情况下这种控制是必要的，主要校核最大层间位移所在层即可。

2、结构扭转破坏机理及扭转变形分析
2．1 结构扭转破坏机理
根据材料力学原理，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合内力进行配筋，中震和大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，造成竖向墙柱构件不足以抵抗水平剪力而导致脆性剪切破坏，甚至整个结构倒塌的严重后果。

因此，结构抗震设汁应考虑采取有效措施严格控制结构扭转效应并充分估计结构可能产生的扭转效应，适当提高结构的抗扭性能。

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，将发生图l 所示的变形，显然：
4、建议
4.1 如果周期比不满足要求，首先宜尽可能增大抗扭刚度，如果侧向平移刚度确实较大，可以适当减小抗侧刚度。

4.2 如果在附加5％L 的偏心距以后，位移比超过高规限制，宜分析造成超限的原因，并选择加大抗扭刚度、调整刚心位置或其他有效方法改进，切忌为满足要求而盲目凑数。

提高抗扭刚度是概念设计中改进结构抗震性能的重要而且根本的措施之一，即使周期比满足要求，再采取增加抗扭刚度的措施，还能够在一定程度上对减小位移比有利。

此外，还应当注意，要在符合概念设计的要求下增大抗扭刚度。

4.3 建议将位移比与位移最大值进行综合考虑，在扭转周期符合要求的前提下，对于刚度较大、位移较小的结构(层数不多、高度不大或剪力墙较多的住宅结构)，或偏置裙房而裙房高度不大的结构，可以适当放宽位移比限制值，例如最大层间位移小于高规规定值的50％时，位移比限值可放松l0％。

当最大层问位移的值更小时，放松的幅度还可加大，但放松小宜超过20％。

4.4 应当在小附加偏心距的状态下进行计算并检查结构位移比，检查刚心与质心是否相距过大。

根据偏心情况调整剪力墙的布置，尽
量做到结构平面刚度分布均匀，同时在此状态下检查周期比是否符合要求。