建筑结构策划掉转效应的简析




墙元不仅具有平面内刚度，也具有平面外刚度，可以较好的模拟工程中抗震墙的真实受力状态，而且墙元的每个结点都具有空间全部六个自由度，可以方便地与任意梁、柱单元连接，无需任何附加约束。上述所采用的结构体系和计算软件，对控制和调整本工程的扭转效应提供了设计依据。计算结果分析根据建筑功能的要求，经过反复计算和结构构件（墙、梁）平面位置、截面刚度的调整，最终计算出的控制扭转效应两项指标（位移比、周期比）均满足“高层建筑混凝土结构技术规程”第3.4.5条的规定，具体计算结果如下：①位移比的控制根据“高层建筑混凝土结构技术规程”第3.4.5条的规定，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。本工程在考虑±5%偶然偏心时的位移，在Y方向的最大位移比满足规范要求，但在X方向，位移比超过规范所要求的下限值1.2较多，则可认为X方向扭转效应明显。经核对具体位置，发现是由于第二十二层抗震墙厚度减小（由250mm减为200mm）而出现的这种情况，经过调整，将二十二层至二十八层抗震墙的厚度减少到220mm后，X方向的位移比满足了表1规范要求。②周期比控制周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系，控制周期比的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不至于出现过大的扭转效应（相对于水平侧移而言），因此“高层建筑混凝土结构技术规程”第3.4.5条中除要求控制最大水平位移外，还要求控制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，对于A级高度的高层建筑不应大于0.9。表2为第一周期的计算结果。显然，计算结果所给出的周期比值满足规范要求。


控制扭转效应的措施
1.本工程属于平面不规则建筑，因此在满足建筑方案的同时应尽表2可能的在建筑物外围布置钢筋混凝土抗震墙，钢筋混凝土抗震墙作为抵抗扭转效应的抗侧力结构构件，墙体自身应沿建筑物高度方向均匀、连续布置，墙体的截面刚度随建筑物层数的增加逐渐减小，避免其刚度发生突变。当钢筋混凝土抗震墙的布置满足上述要求时，对抵抗扭转效应才能起到关键作用，同时避免了结构体系局部过早出现薄弱部位。
2.当在建筑物外围的钢筋混凝土抗震墙开设洞口时，在洞口顶部应设置连梁，连梁的截面高度在满足建筑物外墙窗洞高度的同时尽量加大，而且将连梁的配筋率适当提高。这种增大连梁刚度的作法，使得连梁与两端抗震墙连为一体时，对增强结构整体抗扭转刚度的作用非常显著。
3.为了满足位于建筑物四角的房间采光问题，建筑专业在此处均设置了转角窗，这对结构体系在抗扭转效应的整体性上是一个极大的削弱，为了提高结构的整体性，本工程采取了以下加强措施：①在洞口两侧设置“L”、“T”形截面的钢筋混凝土抗震墙，墙体厚度相对于同楼层处其它部位增大50mm，并且沿墙肢高度设置了约束边缘构件。②提高了转角窗顶部转角梁的截面刚度和配筋率，梁纵筋连通设置，箍筋沿梁全长加密。③与转角窗相连的现浇板厚度做到150mm，板的配筋率适当加大，楼板内钢筋的设置为双层双向通长布置，且在转角处的楼板内附加了b×h=700mm×150mm连接两侧墙体的暗梁，以增强结构的整体性。通过采取上述三项措施，使得开设转角窗处抗震墙的抗扭转效应得到进一步加强，提高了结构的整体性。
4.由于在建筑平面四周均有凹口部位，对结构体系在抵抗扭转效应也是非常不利的。因此本工程在建筑物外围的凹口部位设置了截面刚度较大的拉梁和拉板，并加大了梁、板的配筋率，钢筋双层双向通长布置，这种措施增强了结构的连续性、整体性。
5.根据建筑立面的要求，本工程所有外墙悬挑阳台在相邻上、下楼层处的平面布局交错布置。我们大家都知道，当结构体系发生扭转变形时，对外墙悬挑阳台的损害影响也是比较大的，为此本工程提高了悬挑梁及与悬挑梁根部垂直相交的抗震墙边缘构件的截面刚度、配筋率，以抵抗扭转效应带来的不利影响，加强了结构的整体效应。
对于高层建筑来讲，扭转效应是建筑物遭受损害的主要因素之一，控制扭转效应的两项主要指标是位移比和周期比，这两项指标在结构设计中所占的比重是非常大的。因此，我们在进行高层建筑结构设计时，一定要重视建筑结构的扭转问题，加强结构构件的抗扭刚度，从概念设计入手，运用上述的抗扭措施合理布置各个构件，尤其对薄弱部位构件的设计采取较严格的抗震构造措施。本文针对高层建筑结构设计中的抗扭转效应结合工程实例进行了分析，并采取了相应的抗扭转措施，为今后开展这方面的工作积累了一定的经验。