初议建筑构造的扭转效果掌控举措



在美国已经规定如果发生地震，在计算地震作用时，应该考虑加上偶然偏心的影响。虽然这项近似方法仍然存在着一些不足，但是在实际应用中却对扭转反应起到了不小的作用，使得建筑在抵抗扭转运动时增强了抵御能力，减少了结构反应。这样一来，对于当前的建筑工程是有所帮助的。对于目前的一些高层建筑，在计算其地震作用时，我们都应该考虑偶然偏心对建筑的影响，无论建筑工程的质量好与坏，建筑是否匀称等。另外，如果建筑工程的质量与刚度都不匀称的话，我们还应该计算出水平地震对扭转的影响。但是在计算水平地震作用时，我们就不必再计算出偶然偏心对建筑的影响，因为这对于计算就过于严格。
建筑结构中的周期比与位移比
我国高规除了通过规定建筑的平面规则性外，主要通过周期比和位移比来定量控制建筑物的扭转效应。位移比的设置是为了反应结构的平面布置的规则性，避免因过大偏心造成大的扭转效应。高规规定上限比值是1.4，当最大层间位移小于规范规定的40%时，可放宽到1.6。但是这时扭转形变已近相当大了。1.6就相当于建筑物某层一端位移为1，另一端为4。周期比的设定是为了反映建筑物本身抗扭刚度的情况。1周期比的控制周期比，顾名思义指的是以扭转为主的固有结构的振型周期与以平均振型的周期的比值。在计算过程中，我们不需要考虑偶然偏心对计算的影响。而对于周期比的控制有两种情况。一个是对于结构的布置均匀，相对比较对称的建筑结构，对于它的周期比值为非耦连与非耦连的周期比值。另一种是针对建筑结构布置不匀称，刚心与质心不重合的情况。这种情况的比值为耦连与耦连的周期比值。对于第一种情况非耦连的周期比和建筑结构的质量与刚度存在着简单明了的关心。这样一来，周期比就能直接的反映出抗扭刚度和抗侧刚度之间的关系。如果周期比相对较小，则意味着其建筑结构的抗扭刚度较强；而如果周期比值相对较大，则代表结构的抗扭刚度弱。而对于第二种耦连周期比也同样能反映出抗侧刚度与抗扭刚度之间的关系。这与非耦连的周期比有关，如果耦连的周期比满足规程中的规定并且它的偏心率不大时，则它与非耦连的区别是很小的。在实际建筑设计中，对于结构布置不规则的耦连建筑，我们可以直接算出其耦连的周期比值，但是我们却计算不出它的非耦连的周期比值，主要原因在于它的高层建筑的刚心问题。直到目前也没有比较被大家认可的计算方法，所以对于耦连的建筑结构我们直接采用耦连得到的周期比值来进行监控。2位移比的控制位移比指的是在考虑到偶然偏心对建筑结构的影响下，每个楼层的最大位移，最大层间的位移与该楼层的平均位移和平均的层间的位移比值。位移比值可以根据几何上的结构直接测量出扭转的振动位移和平均位移的比，来以此反映出每个楼层的扭转程度特性，它和地震对建筑作用的影响没有关系。如果建筑的楼层两端是很不均匀的，这非常容易被地震所影响，导致建筑物被扭转，所以进行位移比控制是十分必要的。在美国就有规定说，如果考虑偶然偏心对建筑结构的影响，楼层的最大层间位移量高于该楼层的平均层间位移1.2倍时，建筑结构是不规则的扭转；而最大层间的位移高于1.4倍的平均层间位移时，建筑结构会发生特别不规则的扭转。所以我们应该及时对位移比进行检测与控制。在进行位移比计算时，可能会遇到层间的位移比大于1.2倍，甚至高于限制的1.4倍的情况，我们就会根据具体情况进行具体分析。当结构布置规整，偏心小时，一般位移比能满足要求，周期比不一定能满足。说明虽然结构规整但是本身在结构布置上抗扭刚度不够，或者刚度分布不够均匀。需要调整结构布置。当结构布置不规整，偏心很大时，如果位移比能满足，周期比一般也能满足。因为这时说明由于结构的不规则造成了很大的扭转效应，位移比能满足说明建筑物本身已经大致具有了足够的抗扭刚度，不然不足以对抗这么大的扭转效应。所以这时位移比起主控作用。比如一些复杂的结构，比如坡屋顶层、体育馆、工业建筑等，这些结构或者墙体在不同的标高，或者那层根本没有楼板，此时如果强制采用刚性楼板假定，，那么结构分析势必失真，位移比也没有意义。所以这类结果可以通过位移的详细输出或者观察结构的变形示意图，来参考结构的扭转效应。

单塔楼中的扭转反应控制
对于单塔楼的扭转反应需要满足规程中的规定。如果它不能满足其中的周期比和位移比的需求的话，则证明它的体系结构和质量的分布性差，并且其抗扭曲能力差。此时，我们需要对该体系结构作调整直到满足规程中的要求为止。而针对此单塔楼的设计有以下两种情况：首先是针对质量分布均匀，建筑结构匀称，周期比与位移比不合格的单塔楼。我们应该增加它的抗侧刚度和抗扭刚度，并且减小它的周期比和位移比。这样使得周期比和位移比都满足正常的要求。而对于那些布置不均匀，质量分布不匀称，周期比与位移比也不符合要求的建筑结构。我们正常应该将其周期比值减小，使得其偏心率增大，从而位移比才可以符合要求。但是实际情况却不是这样的，从正常的合理布局来讲，当位移比与周期比不满足正常的要求时，我们应该同时减小位移比和周期比。而不是减小其中的一个。而如何在实际情况下减小周期比与位移比呢，我们可以根据建筑的结构来调整其比值。第一种方法是调整其质量分布和结构的刚度。刚度和质量分布是对应着建筑的偏心率的。但是在实际情况下是不容易计算出结构的偏心率的，所以我们通过对基本振型的控制来间接求得偏心率。这样我们就能得出结构的偏心率，从而减小位移比和周期比。而第二种方法则是调整建筑的抗扭刚度和抗侧刚度。这样通过增加结构的抗扭强度，可以增加其抗扭能力，使得周期比符合正常的要求。通过这两种方法，可以对周期比和位移比进行有效地控制，再加上对偶然偏心率影响的因素，我们就可以对周期比和偏心率做调整，从而使得位移比满足要求。

多 塔楼中的扭转反应控制
在规程中并没有对多塔楼的扭转反应做过多的规定。所以在设计时，我们需要根据自己的调查来进行研究。目前主要有两种基本结构。一种是上部没有连接的多塔楼；还有一种是上部有连接的多塔楼。对于无连接的多塔楼，难以计算出它的周期比和位移比，因为我们无法将其和单塔楼建立起清楚的对应关系。而如果多塔楼上部有刚性连接的话，就会形成整体的多塔楼扭转的振型。对于这种结构，我们需要采用整体的模型作为振型的分析，并且将其看做一个大单塔楼建筑进行研究，周期比也应该按照单塔楼的结构来计算。而如果没有按照这种方法进行分析的话，就会影响计算结果的误差，使得测试不具备准确性。

总体概述
我们对高层建筑扭转反应进行了详细的分析。首先是对偶然偏心率的计算，参数的选择，在计算中我们应该考虑建筑的质量分布状况。在受力计算时偶然偏心和双向地震力二取其一，在计算位移比时考虑偶然偏心，在计算周期比时不考虑偶然偏心。为规范规定了每个控制量的意义及作用，明白了这些就不会乱取参数了。其次我们对周期比和位移比进行了研究，说明什么情况该如何计算等一系列问题。最后我们对单塔楼和多塔楼的扭转反应的控制进行了讨论，计算周期比和位移比是对建筑结构的控制的前提。