高层建筑设计中扭转效应的控制

盈~丽LU而IU可I~ U, IU 。gie and Pr0ducts 高层建筑中扭转效应的控制 陈慧敏 (新昌县一建公司建筑设计所，浙江 新昌 312500) 建 筑 技 术 摘 要：结合工程实例，介绍在高层建筑结构设计中控制扭转效应的具体措施，即在建筑物外围尽可能均匀、对称布置抗侧力结构， 减，J’裙房与主楼上下刚度偏心，防止小高层建筑结构平面过平狭长。 关键词：扭转效应 ；周期比；控制措施 1扭转不规则在平面不规则类别是排前 位。国内外历次大震震害明，平面不规则、 质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构，在 地震中受到严重的破坏。国内一些振动台模 型试验结果也表明，扭转效应会导致结构的 严重破坏。在实际工程中，由于建筑造型的要 求、建筑场地的限制或建筑功能的需要，在高 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所要求的“规则”标 准。此时，结构设计人员必须对抗侧力结构布 置进行优化调整，限制结构的平面扭转效应， 使其满足有关规范的要求。 2在建筑物外围尽可能布置抗侧力结构 某高层建筑，结构体系为框架剪力墙，抗 震设防烈度为6度，IV类场地土，丙类建筑， 地上 26层，地下 1层，总高度 96M，框架、剪 力墙抗震等级均为三级，采用ASTWE程序 进行设计计算。 从力学基本概念可知，构件离质心越远， 其抗扭刚度就越大，所以，在建筑物外围尽可 能布置抗侧力结构，这样，在不增加抗侧力构 件数量的基础上，可以显著加大结构的抗扭 刚度。 在实例中，结构布置基本均匀、对称、位 移比、周期比的计算结果从略。如果将两端轴 附近的剪力墙全部改为框架结构，则两端剪 力墙改为框架后，抗扭刚度大大减弱，位移比 增大。整个结构扭转、平动周期均增大。由于 两边剪力墙同时删去，结构仍基本均匀，对 称，故周期比基本不变。 除了在建筑物外围布置抗侧力结构外， 也可以采用削弱核芯筒风度的办法来调整结 构的周期比。在核心部位剪力墙中间开结构 洞，使结构刚度达到均匀、分散的目的。尽可 能在原剪力墙中间部位开洞，不要靠近两端， 以避免出现短肢剪力墙，更不允许出现异形 柱。 值得一提的是。为了有效控制结构的位 移比，周期比，对于多塔楼结构，各个塔楼应 分别计算其位移比，周期比，以保证设计安 全，然后再进行整体计算分析。 3抗侧力结构布置必须均匀、对称 在高层建筑设计中，布置抗侧力构件时， 必须遵循均匀、分散、对称的原则，尽可能使 结构的质量中心与刚度中心接近。当位移比 不能满足《高规》要求时，往往是结构的抗侧 力构件布置不均匀引起的。例如靠近一边布 置剪力墙或剪力墙布置不均匀等。 工程实例中，如果单边将轴(1)附近的剪 力墙改为框架结构，保留轴(6)附近的剪力 墙 ，这样结构 Y向抗侧力构件布置就不均 匀、不对称。x向受力结构仍然对称 ，故位移 比变化不大；Y向抗侧力结构明显偏心，位移 比从 1／16增加到 1．45，Y向最大层间位移角 从 1／1845增加到 1／1436。 4尽可能加大现有周边抗侧力结构的刚 度 为了加大结构的抗扭刚度，除了可在最 大位移处布置抗侧力结构外，还可以采用的 加大原有抗侧力结构刚度的方法有 ： 4．1将 建筑物外角原单 向剪力 墙布置 成；形剪力墙，且尽可能延长，外立面转角尽 可能避免开窗，更不要开转角窗。 4．2加厚离质心较远处剪力墙的厚度。 4-3加大周边剪力墙连梁的高度，一般 连梁的高度取楼板距下层门窗顶的高度。为 了增加剪力墙抗扭刚度，可以将楼面以上至 窗下边的高度部分也变成连梁，即除窗洞外， 其余部分均为连梁。 5裙房部分防止上下层刚度偏心 在高层建筑设计中，通常存在以下情况： 当主楼满足《高规》第4、3、5条的有关控制结 构扭转效应的要求时，裙房部分却不能满足。 这主要是由于结构上下刚度偏心较大 ，裙房 相对于主楼偏心布置。裙房平面不规则或过 于狭长，裙房的刚度相对于主楼来说太弱，刚 度中心与质量中心相差太远，最远处节点位 移偏大等原因引起的。 解决以上问 的方法有两种：一是增加 裙房部分的刚度 ，在位移最大节眯处相应的 最大位移方向布置剪力墙，以减小裙房的最 大位移，使裙房的质量中心与刚度中心尽可 能重合。二是当楼、裙房都有地下室时，将主 楼与裙房在地下摩顶板以上用伸缩缝分开； 当主楼有地下室，裙房无地下室时，如建筑专 业允许，可以用沉降缝将主楼与裙房分开，使 主楼与裙房分别形成独立的结构体系，经过 这样处理，能解决裙房部分由于上下层刚度 偏心引起的较大扭转效应。 6高层建筑防止结构平面过于狭长 现在，十多层左右的小高层住宅较多， 建筑专业为了满足使用要求，往往套用多层 砖混结构住宅的户型，大多数小高层住宅的 平面布置过于狭长，其长度比接近或超过《高 规》第 4．3、3条的要求，有的长度超过了《混 凝土结构设计规范》)GB50010—2002)的 钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距要求。一 般来说，平面狭长结构的抗扭刚度是比较弱 的，很难满足《高规》的要求。可以通过以下两 个方法解决。 6．1小高层结构体系采用框架结构，首 先尽可能将过于狭长的结构用伸缩缝脱开。 如果建筑专业不允许，可通过加大端部开间 的抗侧刚度达到限制结构扭转效应的目的， 具体可将边框架的角魔王断面增大，加大框 架梁的高度，如条件允许，中间增加框架柱， 即增加框架的跨数。这些方法可以增加梁的 线刚度，也可显著增加结构的抗扭刚度。 6-2小高层结构体系采用框架一剪力墙 结构，由于房屋高度不高，剪力墙一般仅布置 在楼梯问或电梯间，这些抗侧力结构往往过 于集中或设置不对称，结构的扭转效应很大。 在这种情况下，必须削弱中间部分剪力墙的 刚度，在外侧加剪力墙。但此时结构的抗侧刚 度太大，没有必要。因此能采用框架体系时， 尽量不采用框架一剪力墙体系，因为在地震 烈度不大的地区采用框架结构反而能满足 《高规》控制抗扭效应的要求。 7结束语 结合工程实例，讨论了高层建筑结构平 面扭转效应的具体控制方法，在现有结构平 面的条件下，即在不改变结构体系及平面开 头的前提下，通过以上几种方法，可以使结构 的抗扭刚度得到明显增强，使结构的刚度中 心和质量中心尽可能重合，减小结构在地震 作用下的扭转效应。 参考文献 ⋯1 高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3— 2002) 『2]PKPM 系列新规范设计软件 As1WE、TAT、 PMSAP应用指南，中国建筑科学研究院建筑 工程软件研究所。2004． 取相应技术措施将内外温差控制在 25摄氏 度以内，避免温度裂缝的产生，确保底板混凝 土的工程质量。 测温时间： ①混凝土人模后测人模温度。 ②浇捣后 12小时开始测温，间隔4小 时 ；48小时后间隔时间 2小时 ；96小时后 ，间 隔时间 4小时；七天后间隔时间一天，15天 后测温结束。 一 178一 中国新技术新产品 测温手段：在混凝土浇捣前在底板面以 下 10cm及70cm处埋设套管到各个监测位 置。 ①板中温度一板下 10cm温度<25℃； ②板下 10cm温度一塑料薄膜 下温度< 25~C；若温差>25~C，应通过覆盖保温层等措 施进行控制。 9深井封堵 深井降水在底板砼未达到设计要求强度 时降水工作不得任意停止。当底板砼达到设 计强度时，一般为28天，才能封堵降水深井。 对一次无法封堵的深井则应在降水套管内埋 设引水细钢管引水进行二次封堵。 参考文献 f11朱国华，刘玉涛，黄昌锦．某逆作法地下室柱 墙差异沉降计算分析【J】．施工技术，2009—09— 18．