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研究高层建筑结构抗扭设计存在的问题

作者:田晓强 来源:建材发展导向 论文栏目:建筑工程论文     更新时间:2019-06-13   浏览

田晓强

摘 要:针对目前高层建筑结构的抗扭设计问题,文章分析了其实际应用重要性以及控制方法,其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

关键词:高层建筑结构;抗扭设计;地震扭转;抗扭配筋

随着市场经济发展进程不断加快,建筑业迎来了发展的契机。高层建筑就是这一时期所衍生出来的主要建筑形式之一,在对其进行抗扭设计过程中,由于其容易受外部因素以及内部因素的影响。基于此,相关建设者提出了结构总体布置的方法,这是提高高层建筑结构抗扭设计作用效果的关键。设计者应将其重视起来,并将研究成果应用于实际建设,这是保证我国建筑业健康稳定发展的关键。

1 高层建筑结构抗扭设计重要性

由于高层建筑的建设楼层高,这就使其受地震的影响大。而结构抗扭设计,具体来说就是当地震来临时,高层建筑结构会自动产生延性,进而使其进入塑性阶段来抵抗地震所带来的影响。在以往的建筑结构设计中,大多采用现浇钢筋混凝土、较大截面尺寸的预制板构件,来保证建筑结构的稳定性。然而,随着高层建筑的普及、结构跨度的不断增大以及结构抗震效果的提高,使得扭转逐渐成为决定高层建筑结构应用安全性的关键。就目前来说,扭转问题出现的形式主要有两种,分别是:协调扭转和平衡扭转。其中协调扭转问题的出现,是因为相邻构件的弯曲转动会受到支撑构件的扭转刚度影响。而平衡扭转问题出现是由于平衡条件变化所带来的。此外,如果按照高层建筑结构构件的受扭特性划分,扭转问题可分为翘曲约束扭转以及自由扭转。上述几种高层建筑结构扭转问题,都会给建筑工程的建设使用埋下安全隐患。因而,相关建设人员应将抗扭设计作为提高高层建筑质量的重要结构设计内容。只有这样才能使高层建筑以其作用优势快速的发展建设下去。

2 高层建筑结构在进行抗扭设计中存在的问题

2.1 地震扭转发生的偶然性

在高层建筑结构抗扭设计中,地面发生的扭转运用是引发建筑结构出现扭转问题的主要因素。(这里指的地面扭转是地震)然而,就目前来说,相关研究人员对于造成地面扭转运动出现的强震监测记录很少。而且,并没有相应的科学技术手段能够通过直接输入地面运动扭转作用的方式,来研究地震对高层建筑结构的影响。因而,这就使得高层建筑结构地面运动扭转的发生具有一定的偶然性。这样一来,研究人员就可以通过增加对偶然偏心作用方面进行计算研究,来提高建筑结构的稳定性。此外,设计人员在对高层建筑进行抗扭设计时,还要考虑到结构本身所具备的偶然因素。具体来说,偶然因素主要体现在:结构使用期间的质量变化随机性、结构刚度计算的局限性、应用材料性质的离散性以及构造变化等。这些偶然因素都会导致高层建筑结构的抗扭设计出现不对称、不均匀的问题。

2.2 结构自身的抗扭特性

高层建筑结构抗扭设计的关键问题是,能否控制好其结构的作用质量、刚度以及布局。除了设计因素外,会给高层建筑整体结构造成影响的还有结构自身所具备的抗扭特性。具体主要在:结构的立面和平面形状的规则性上、竖向和平面的作用质量、相应的抗扭刚度强弱以及刚度分布的均匀性等。在对建筑结构立面和平面形状的规则性进行设计时,可通过立面与平面的特征尺寸作为实际控制的比例特征。而影响结构自身抗扭特性的刚度和质量分布均匀性问题,可采用刚心和质心的偏心率来进行衡量。对于抗扭刚度的强弱问题,可通过结构的基本扭转周期与其基本平动周期的比值来进行体现。

2.3 建筑结构的扭转作用问题

由于高层建筑结构在地震作用下产生的扭转反应体现类型是扭转效应与平动效应的耦联反应。一些具有抗震规范的国家,在高层建筑结构的抗震规范中加有一条结构偏心率放大系数的要求。这样一来,设计人员就必须在抗扭设计中体现出控制平移振动以及扭转周期之间相互作用所产生的作用放大问题。基于此效用,我国相关管理部门应将其重视起来,不能放任平移振动以及扭转周期问题持续接近下去,否则将使其相互之间的作用力越来越大。现阶段,我国高层建筑结构建设规定中虽然没有此项要求,但通过控制平动周期和扭转周期的比值,来降低建筑结构扭转所带的振动增大影响问题。此外,高层建筑结构规定,抗扭设计要对楼层最大层间的位移角处及其位移比进行直接控制,以降低结构所产生的扭转反应。

3 解决高层建筑结构抗扭设计问题的策略

3.1 抗扭配筋的构造选择

据相关研究表明,只有将受扭转的高层建筑结构构件的纵筋与箍筋共同作用,才能是抗扭设计发挥出增强结构强度的作用。所以,抗扭箍筋的配置的延伸长度范围,应与纵筋的延伸长度保持一致。此外,高层建筑结构在扭矩的作用下,纵筋主要受到的是拉力和销栓力。而且,角部的纵筋,除了要承受斜压力导致的外推力外,还要将纵筋的直径设计在10mm以下。为避免结构裂缝出现宽度的增大,要将纵筋间的间距处控制在300mm以内。对于箍筋的强度设计内容,相关建设者应将钢筋混凝土的箍筋采用冷拔低碳钢丝以及一级的光面钢筋。对于结构抗扭设计处在剪力和扭矩较大的情况下,应采用二级变形的钢筋。这里指的一、二级钢筋是指,其设计压强为210Mpa和310Mpa.

3.2 提高结构设计的总体布置效果

首先,抗扭设计人员要将平面布置进行针对性设计。具体来说,当高层建筑结构长度较大时,且处在风向不稳以及风力不均匀的情况下,这就使得建筑结构容易受到楼板平面挠曲以及结构扭转等问题的影响。为解决这一问题,可适当的控制建筑物的长度。例如,当设计防烈度≧8时,建筑物结构的高宽比不能超过5;当设计防烈度为6或7时,则要将建筑结构的高宽比控制在6以内。而且,不论是塔式还是板式的高层建筑结构,其平面总体布置都应尽可能的采用对称和相对简单的形状。其次,结构设计的竖向布置,要保证其刚度处在连续而均匀的状态下。此外,如果高层建筑物的建设地点处在地震区内,那么抗扭设计则不能采用框支剪力墙来作为结构体系的底部位置,这是提高结构设计稳定性的关键。最后,对于高层建筑结构的高宽比设计,在通常情况下应控制在5-6之间。如果结构设防烈度>8度时,建筑结构抗扭设计人员应更加严格限制高宽比的总体布置效果。

4 结语

综上所述,扭转效应是导致高层建筑结构受地震影响主要因素。为提高高层建筑结构的使用安全性,相关建设人员应将抗扭设计应用于实际建设。然而,由于抗扭设计容易受地震扭转的偶然性以及自身结构问题的影响,这就在一定程度上影响了其抗扭作用的发挥。针对这一问题,相关设计人员应在明确实际设计过程中存在的问题基础上,来对其进行控制。

参考文献

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[2] 谢伟.浅谈高层建筑结构中的抗扭设计[J].建筑设计管理,2009(12): 46-48.

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