近几十年来, 我国经济建设稳步向前, 楼层建设越来越高, 高层建筑业的繁荣标志着我国国民水平的提高。针对高层建筑物的结构设计, 发挥控制其扭转效应方法的力量是不可忽视的, 它将对高层建筑业的良好发展产生重要影响。目前, 高层建筑物的功能及造型种类较多, 而良好的控制扭转效应将会优化其内部结构体系, 使建筑物达到安全稳定的标准。
扭转效应一般是针对建筑结构主体而言的, 在地震的作用下, 结构主体会发生扭转现象, 另外建筑物内部结构也是其产生原因之一。
对于一栋建筑物来说, 它的坚固性主要体现在它的抗扭转力上, 如果它抵抗扭转的刚度比较小, 那么就说明该建筑物的内部结构设计不合理, 比如其刚度中心和质量中心发生偏离, 也就是所谓的偏心, 在这种情况下, 建筑也会存在扭转反应。对于常规的建筑物内部结构来讲, 建筑物刚心和质心是必须在一定的轴线范围之内的, 当地震产生的力作用于建筑时, 如果刚心与质心重合, 则不产生扭转, 但是由于刚心的不确定性, 当刚心与质心不重合产生偏心距时, 扭转效应的值就是偏心距和地震力的乘积, 也就是公式T=F*e[1]。所以对于一栋建筑物而言, 其刚心并不是一成不变的, 所以在设计高层建筑物时, 它的结构设计显得尤为重要。
据统计, 国内外的数次大地震说明对建筑物的破坏力度相当强大, 特别是对高层建筑物而言, 具有毁灭性的损害。我们都知道, 地震会产生地震波, 而地震波有纵波、横波、面波三种传播方式[2]。其中横波是剪切波, 会使地面左右抖动, 而面波沿着地表传播, 它们都具有很强的破坏力, 是对建筑物造成破坏的具有根本原因。如果建筑物的抗震性比较差, 就会产生剧烈震动, 使楼体产生扭转效力, 楼体因此会发生坍塌、断裂的现象。而现在的建筑物对造型的要求、建筑场地的限制或建筑功能的需要, 使得高层建筑结构设计中, 大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到规范所要求的“规则”标准, 一旦地震发生, 楼体就会产生扭转效力。
对于文章中所提到的建筑物扭转效力产生的原因, 一个是外部地震因素, 一个是内部结构因素, 如何来有效的控制建筑物的扭转效应, 下面将给出几点建议。
一般来说, 建筑物外部构造需要布置抗侧力结构, 建筑物的外围如果有抗侧力结构作为支撑就会大大降低扭转效力的产生。而布置抗侧力结构的方法主要有:第一:可以通过增加剪力墙的厚度来增加建筑的刚度。第二, 可以通过控制结构洞的位置, 保证建筑结构的均匀和分散, 在剪力墙中心部位开洞, 这种做法在很大限度上避免了异形柱的出现。第三, 可以通过增加建筑外围周边剪力墙连梁的高度, 提高其抗扭强度[3]。
在建筑物抗侧力结构布置合理的同时, 还需要加大抗侧力结构的刚度。对于主体楼来说, 其刚度得增强意味着质量的提高。加强刚度的方法有:首先, 将建筑物外角的原始单向剪力墙布置成L形剪力墙, 并尽可能地延伸[4]。保持立面的角落尽量不要打开窗户, 不要打开角窗。其次, 将剪力墙的厚度加厚, 使其远离质心。第三, 增加周围剪力墙连接梁的高度。
对于高层建筑物的设计, 其相应的抗侧力结构必须遵循均匀、分散、对称的原则, 并且尽可能使结构的质量中心与刚度中心相接近。一般来说, 如果建筑物的抗侧力结构布置的不均匀, 那就会造成其位移比不能满足《高规》要求, 例如仅靠近一边布置剪力墙或剪力墙布置不均匀等[5]。众所周知, 一栋建筑物要想耐用, 就必须在设计构造上合乎常规, 当然, 抗侧力结构也需要相应的设计合理、布置匀称, 这样就能大大提高建筑物的使用寿命。
在一栋建筑物中, 裙房的设计有着不规则性, 如果建筑主体满足了扭转效应的要求, 裙房却不一定满足, 这是由于裙房平面的不规则性或者过于狭长, 其上下层刚度与主体楼有一定的差距, 使得其刚度中心与质量中心偏移太大造成了偏心的产生。所以解决这个问题的主要方法是增加裙房部分的刚度, 可以在最远处位移节点布置剪力墙以此减小裙房的最大位移或者把裙房和主建筑结构设计成独立的两部分。
抗震墙是建筑物中主要的抗侧力构件, 合理的布置对于构建良好抗震性能有重要作用, 应遵循“八字方针”, 即“对称、均匀、周边、连续”[6]。另外, 抗震墙要有足够的抗震能力, 需达到小震不坏, 中震可修, 大震不倒的要求。一般情况会在建筑物的外体上布置能够起到抗震作用的钢筋水泥墙, 钢筋水泥抗震墙作为抗侧力结构构件, 在抵抗扭转反应力方面有着重要作用。钢筋水泥抗震墙的布置一般是框架-剪力墙结构, 这种结构性能较好, 结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续分布, 此外, 必须遵循建筑物的高度方向走势以满足此结构符合地震相应的要求。
通过上面的论述我们了解到, 建筑物的结构设计中抗扭强度的根本控制方法主要是尽可能的让建筑物的刚度中心与质量中心相重合。文章通过论述高层建筑结构设计中扭转效应的两种产生因素给出了相应的建议。在高层建筑结构设计中, 布置抗侧力结构, 使其均匀、对称, 并提高相应刚度, 布置抗震墙, 防止裙房上下层刚度偏心等措施来相应的降低建筑物的扭转效应, 提高高层建筑物的抗震强度和相关建筑业的不断发展。
摘要：我国属于人口大国, 为了满足人们的居住条件, 高层建筑不断涌现。在现代高层建筑结构设计中, 安全设计是最重要环节, 为了使高层建筑的设计符合安全稳固的理念, 需要控制扭转效应来达到抗震规范的要求。目前, 随着国内外高层建筑业的不断发展, 扭转效应的控制方法也在逐步提高。文章将针对高层建筑扭转的原因给与控制扭转效应的几点相关措施, 以提升高层建筑业的稳定发展。
关键词：高层建筑,结构设计,扭转效应,控制方法
[1] 胡伟.高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施[J].黑龙江科技信息.2015 (03) :89
[2] 蒋俊杰, 陈春雷.高层建筑结构扭转效应控制参数讨论[J].广东土木与建筑.2014 (34) :214
[3] 潘东辉.高层建筑结构振动效应控制研究[J].工程力学.2014 (23) :124
[4] 蔡俊杰.高层建筑结构扭转效应控制参数讨沦[J].广东土木与建筑.2013 (08) :18
[5] 李忠献.建筑结构扭转地震反应分析及抗扭设计方法研究[J].建筑结构.2014 (03) :15
[6] 唐峻.偏心裙房高层建筑非规则结构的抗扭设计分析及实例[D].重庆大学.2013 (07) :115
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