偏心裙房高层建筑非规则结构的抗扭设计分析及实例（可编辑）

1、偏心裙房高层建筑非规则结构的抗扭设计分析及实例 重庆大学硕士学位论文偏心裙房高层建筑非规则结构的抗扭设计分析及实例姓名:唐峻申请学位级别:硕士专业:建筑与土木工程指导教师:李英民;杨强20061025重庆大学硕士学位论文 中文摘要摘 要现代高层建筑常因建筑功能及立面的要求而出现各类非规则结构形式。其中扭转不规则问题较为突出和常见。此类建筑的延性较差,地震时结构扭转破坏具有突发性,震害严重,因此设计中必须对结构的扭转效应进行控制。“高规”通过扭转周期比和扭转位移比双重控制指标对结构扭转效应进行控制。复杂非规则结构设计中如何采取措施以同时满足两个控制指标是每个结构设计者必须面临的问题,也是较难处理

2、的问题,因此对其进行研究是十分必要的。本文首先探讨了结构扭转的影响因素,对国内外关于扭转问题研究现状进行了综述,并阐述了我国现行规范对结构扭转控制的相关规定。随后以重庆某一偏心裙房高层建筑为例,对其进行抗扭设计,经过大量的方案计算比选,得到了合适的满足抗扭设计要求的结构方案,并在此基础上探讨了偏心裙房高层建筑抗扭控制方法。通过以上分析研究得出的主要成果有:非规则高层建筑结构设计必须按照规范规定的扭转周期比和扭转位移比双重扭转指标进行控制。当不满足要求时,可采取措施调整结构布置,通过“均匀、分散、对称、周边”的布置原则重新布置剪力墙,使得结构平面的质心和刚心尽量接近。如果结构的平动刚度过大,而转

3、动刚度不够的时候,就不仅要在结构周边增加剪力墙以增加结构的扭转刚度,同时也要减小结构平面中部的剪力墙数量以及厚度,以减小结构的平动刚度。对重庆某偏心裙房结构进行抗扭设计,给出了满足要求的抗扭结构设计方案。探讨了偏心裙房结构的抗扭控制设计。对于偏心裙房高层建筑结构应尽量调整上部塔楼刚心与质心接近,且应尽量与裙房刚心接近,即刚心应尽量在一竖直线上,而不是分别调整每层的刚心、质心接近。若裙房部分扭转位移比调整确有困难,且层间位移远小于规范限值如为/时,建议可适当放宽扭转位移比要求。具体放宽量值有待深入研究。关键词:不规则,偏心,扭转效应,位移比,周期比英文摘要重庆大学硕士学位论文.,. , .?.

4、、 , .,. ,.? , : .,., , .,英文摘要重庆大学硕士学位论文 . ., .: ,独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得重废太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者硌即龟、签字吼龟月玎日学位论文版权使用授权书有关保留、使用学位论文的本学位论文作者完全了解 重鏖太堂规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许可以将学

5、位论文的全部或部论文被查阅和借阅。本人授权 重庞太堂分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密 ,在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密/。请只在上述一个括号内打“”导师签名:学位论文作者签名:产鲂彻忽签字日期:删年。日签字日期:驴年月万日重庆大学硕士学位论文 绪论绪论.高层建筑的发展.引言高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。而科学技术的进步、轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中广泛应用等,又为高层建筑的发展提供了物质和技术条件。它有利于节约能源和集约化地利用土地,解决住

6、房紧张,减少市政基础设施和美化城市空间环境。可以说,高层建筑的发展,开创了建筑业的新纪元。.国外高层建筑发展概况世界上第一幢高层建筑是美国芝加哥家庭保险公司大楼,层,高,建于.年,这座采用铸铁框架承重的结构,标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生。到了世纪末,高层建筑的高度突破了大关,年建成的纽约大厦层,是世纪世界上最高的建筑。年纽约建造了著名了的帝国大厦 ,共层,高,它享有“世界最高建筑”之美誉长达年之久。在世纪中期开始到世纪年代初的这段时期,高层建筑虽然有了比较大的发展,但由于受到设计理论和建筑材料的限制,结构材料用量较多,自重较大,结构体系仅限于框架结构,且建于非地震区。从世纪年

7、代以后,轻质高强材料的应用,新的抗风抗震结构体系的发展,新的设计理论的突破,电子计算机的推广使用以及新的施工机械的涌现,才使高层建筑得到了大规模的迅速发展。年,纽约建造了层,高的世界贸易中一,打破了帝国大厦保持了年之久的高层建筑世界纪录,但己在年事件中被层,毁;年在芝加哥又建成了世界上最高的西尔斯大厦 ,共高,享有“世界最高建筑”美誉多年。这两幢建筑都是钢结构。年在马来西亚吉隆坡建成的石油大厦 ,层,是钢与钢筋混凝土混合结构。目前世界上最高的建筑是年台北市国际金融中心,高,塔尖达。目前世界上最高的钢筋混凝土结构是朝鲜平壤市的柳京饭店,地面以上层,高.”。.我国高层建筑发展概况我国是高层建筑发展

8、历史悠久的国家,古代就建造过不少高层建筑一一塔,大都采用木结构或砖结构。有一些木塔或砖塔经受住了上千年的风吹雨打,甚至强烈的地震的摇撼而能保留至今,足见其结构合理,工艺精良,说明我国古代在绪论重庆大学硕士学位论文建筑设计、结构体系选择、施工技术上具有很高的水平。但是就近代高层建筑而言,在相当长的一段时期内,我国发展却是缓慢的。解放后,我国陆续建成一些高层建筑。年建成的广州宾馆,层,高,是年代我国建成的最高建筑。世纪年代开始,我国高层建筑有了很大的发展,主要用于住宅、旅馆和办公楼等建筑。这些住宅大多数在层左右,但有些城市,例如深圳,高层住宅建筑已达层左右。随着旅游事业的发展和经济对外开放,旅馆和

9、高层商用办公楼、通讯大楼以及综合性多功能大厦的需要与日俱增。从世纪年代开始,这类高层建筑增长的速度很快,进入年代,随着改革开放事业的发展,这类高层建筑更有迅猛的发展。我国内地在各个阶段具有代表性的高层建筑是:年建成的北京饭店东楼,层,高.,是当时北京最高的建筑,年在广州建成的白云宾馆,层,高. ,是以后年中我国最高的建筑,年,深圳建成了层、高.的国际贸易中心大厦,超过了前者;相隔两年,高度为,层的广州国际大厦,和层的北京京广中心大厦又相继开工,成为当时全国最高的建筑;年建成的上海金茂大厦,层,高,是目前全国第二,亚洲第二和世界第四的摩天大楼【。我国高层建筑的迅速发展,建筑高度的不断增加,建筑类

10、型和功能愈来愈复杂,结构体系更加多样化,所有这些都显示我国高层建筑结构设计和施工技术水平有了很大的提高。.我国高层建筑发展的特点层数增多,高度加大由于建筑功能和城市规划的需要,加之建设用地紧张,近年来国内高层建筑的层数增多,高度加大。从高度和层数来看,钢筋混凝土高层建筑的抗震设计,我国己居世界的前列。高层建筑向多用途、多功能发展我国在高层建筑出现早期,多采用单一用途,多为高层旅馆、高层办公楼等;七十年代末,上层为住宅、下层为商店的商住楼开始兴建。目前,层数日渐增多的高层公共建筑,为满足不同用户的需要,同时也为适应现代社会高效率、快节奏的要求,而发展成为高层综合性大厦。这种综合性大厦,它的上部为

11、旅馆、住宅,中层部分为办公用房,而下层和裙房则布置成商店、餐厅、银行和娱乐设施,地下部分为停车场或地铁车站,这样在一条垂直线上就可以满足用户各种需要。结构体系新颖多变年以前,我国高层建筑结构基本上是框架结构、剪力墙结构和框架一剪重痰夫学硕士学位论文 绪论力墙缩构。它们共闷的特点是以平面框架或平面剪力墙为蕻本抗侧力结构单元,多方秘组或空霹受力兹结掏。年健鞋磊,建筑功能窝建筑艺本要求援麓,乎覆布置与竖向体型目盏复杂,而鼠层数增多、高度加大以及设防烈度提离,新的结构体系得到了广泛应用。现在,已从最初的椴架,剪力墙结构等基本体系,发展为梃絮赘力墙髂系,继瑟发鼹了框架一德体体系、撂絮戆体一孛譬体系、篱中

12、篱体系、巨型穰絮体系和脊嚣终梅体系等等。建筑材料丰富多彩禽层建筑结构的材料主要怒钢筋混凝土和钢。除了全郝采用钢材的钢结构和全部采羯锈簸混凝主耱辑懿镶簸淹凝土结稳终,阂跨采薅鬻耱耱辩秧戏懿混会缝构和缀合结构在眭年得到了愈来愈广泛的应用。钢结构优点突出,钢材抗压、抗拉、抗剪强度都很筒,韧性大,易于加工;钢结构具有结构断面小、自重轻,可减少缀捣疑占撂熬建蒺覆积,霹晦酝基稿造徐:稳终延缝磐,缑兹抗震瞧戆爨于钢筋混凝土结构:钢绪构构侔可在王厂加工,缩缀现场施工王期。其主要存在的目题,一是防火性能差,因此维护费用离,二是钢结构的造价离。铜筋混凝土续拇造价较低,且材料来源丰富,并可浇筑成各耪复杂鞭箍形状,镶

13、耪掰鳖少,蔼承簸力较大,镌囱丽度大,熬体浇注静连接节点可靠,抗震佳能经过含理设计也可获得较好的效果。其缺点怒构件断面大,占据室内空间多,因而减少使用面积,自重大,从两基础用材更多,导致基础造价增高。黩年来高强混凝主秘毫佳栽漫凝夔发震凳疆迸了意瑟镶筋漫凝建筑兹发震。将溪耱耪秘做成混合结构或者缀合结构,麓我国近年来发展研究的热点。体型和结构布置复杂农年代以兹,我国高层建筑体型大多规则,平嚣形状为矩形,少爨为形、稽形,一般较篱擎。近年来,缀稳酶平匿形状目趋复杂,立体体型也较多乡魏内收。遮些复杂结构的产生一方面是客观的需鼹,建筑功能、建筑艺术和建筑规划要求打破单一方盒子的格局;另一方面也是幽予结构分析

14、水平的提高,三维空间分撰鞭廖窝诗篓撬懿广泛应臻,傻茇袭缝兹分板或惫霹栽。出子离墨建筑懿功链和形式的多样化,结构的复杂程度增加,带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等复杂高层建筑结构愈柬愈多,对结构设计也提出了鬻蹇豹要求。.扭转问题的提出随着社会经济的发展和入生活水平的提嵩,人们更加注重建筑的美观,大部分建筑耱由手建筑磅瑟移立露效采的需要,往往形成缭稳规范嚣援悫豹不裁灵建筑平面不规则、轻向不规则贼两者兼而有之。就结构工程师而言,绐构工程师重庆大学硕士学位论文 绪论们希望出现在他们面前的建筑方案的平面都是简单、规则、对称的,尤其是抗震设防的高层建筑。道理是众所周知的, 简

15、单、规则、对称的高层建筑的抗震性能好,结构设计时各项计算指标容易满足规范要求,技术审查容易通过。但随着复杂不规则体型的建筑越来越多,对建筑结构设计也提出了更高的要求,同时其抗震设计与分析在国内外一直受到高度重视和广泛研究。从年美国学者.在“美洲地震科学简报”上首次发表关于地震作用下偏心结构的平动、扭转耦合作用的文章以来,该领域的研究倍受各国学者的青睐。但是直到世纪年代后期、年代早期,结构偏心引起的扭转问题,才引起各国研究者的充分关注。许多不规则的偏心建筑物表现出了明显的扭转破坏特征,往往是建筑物的一侧震害较重,另一侧震害相对较轻。历次大地震对大批不对称的建筑结构造成了严重破坏,甚至倒塌,给人民

16、生命财产带来了难以估量的重大损失。大量震害表明,平面不对称或不规则的结构极易发生扭转脆性破坏,甚至导致结构整体倒塌事故。如美国医疗中心的精神病诊疗所为两层建筑,在年圣非南多地震中,该建筑的层整体塌落在层的废墟上,震后测出层结构整体向南移动,并逆时针转动了,一方面可说明该结构的层薄弱,另一方面说明地震扭转的巨大作用。年南美洲马那瓜地震中,两幢高层建筑的震害程度就截然不同,其中层中央银行大厦因抗侧力构件不对称布置而发生倒塌,而采用对称外框内筒结构的层美洲银行大厦却仅受到轻微破坏;年墨西哥地震中,有%的建筑物直接或间接地由于结构扭转而受到破坏;年日本阪神地震中,由于结构构件或填充墙非对称布置所造成的

17、结构附加扭转破坏在临街建筑震害中表现得最突出; 乌鲁木齐军区卫生学校,有一座不对称的三层砖房,西侧横墙密集,东侧横墙较稀,使得结构在平面内的抗侧刚度明显不均匀西侧刚度大,东侧刚度小,在地震作用下整栋建筑产生扭转。震害调查资料表明,东侧墙体比西侧墙体破坏严重,东侧山墙出现了较为严重的剪切破坏裂缝。年海城地震中,海城农电局办公楼三层砖房西侧底层山墙严重开裂,墙角外倾,交叉裂缝宽达。这与建筑平面的形布置有关,西侧相当于一个伸臂,扭转效应使其地震剪力明显比别的部位大。年月台湾集集地震中,许多不对称砖房和钢筋混凝土框架结构都出现了明显的扭转震害特征,同时国内许多大型振动台试验都观测到结构的扭转振动及由扭

18、转产生的破坏,因此高层结构的扭转问题已受到各国研究人员的高度关注】。这些震害说明,地震作用极易诱发不对称建筑地震震害,表现出明显的扭转破坏特征,因而在抗震设计中怎样做好不对称结构的抗扭设计,提高结构的抗震安全性是十分重要的。绪论重庆大学硕士学位论文.本文的研究目的和意义现代高层建筑常因建筑功能及立面的要求而出现各类非规则结构形式。其中扭转不规则问题较为突出和常见。因地震时结构扭转破坏具有突发性,延性较差,震害严重,因此设计中必须对结构的扭转效应进行控制。“高规”通过扭转周期比和扭转位移比双重控制指标对结构扭转效应进行控制。复杂非规则结构设计中如何采取措施以同时满足两个控制指标是每个结构设计者必

19、须面临的问题,也是较难处理的问题,对其进行研究是十分必要的。本文通过对某一非规则高层建筑进行抗扭结构方案设计来探讨抗扭结构布置和设计的一般原则和方法,并着重对偏心裙房的抗扭控制和设计进行讨论,为类似工程提供参考。.本文的主要研究内容及章节安排本文以重庆某高层建筑结构为背景,对结构扭转问题进行分析,得出相应的分析结果和有利于工程设计的建议。主要内容包括:收集有关平面不规则结构的扭转效应的资料,并进行系统分析,总结不规则结构的结构扭转因素,设计的研究现状,说明规范对扭转的规定,发现问题,明确研究方向和目标。以重庆某高层建筑结构为背景,对平面不规则结构及偏心裙房结构进行抗扭设计,给出满足要求的抗扭结

20、构设计方案。总结出对偏心裙房结构的抗扭设计思路以及提出一些建议。重痰大学磙士学位论文 睾舞不撬捌结构瓣攘转海题平蠹不靛刘结构黪扭转闻题.弓起结构扭转振动的因素穰转是导致结构破坏熬重要漂豳,出于燹法弼觅和计冀,减小结构骢质量不均匀黟剐度不均匀、加强结构的抗扭刚度和抗捺能力成为减少震害的熏黉措旄,也是结构十分重要的设计概念。合理的建筑布鬻可使结构的扭转效应降刹最低。因此会理的建筑布鼹在抗震设计中是头等重要的,提倡平、立面简单对称。因为震害袭碉,篱萃、辩称翡建筑在德震嚣较不容荔破坏。因魏在抗震麓范.孛虢强制条文的方式规定“建筑设计殿符合抗震概念设计的要求,不应采用严麓不规则的设计方案”。抗震结构平面

21、布谶窟简单、规则,尽量减少突出、凹进等艇杂平面,但是,更重要熬是缝稼乎覆毒餮孵要尽霹藐镶擎嚣剐度均匀。建震露,弓起建筑结构掇转振动的因索主要有外来地震动干扰和建筑结构本身豳素两个方磁。.外来干扰融手地震波通过地西时的运动是极其复杂的,且各点的波速周期和棚位是不同的,翻予建嚣各点阙运动静差搿霹侵逢压酌簿一部分不枝产生三个歪交瓣平动参量、个竖向的和两个水平的分麓,而且也产生三个转动分量,当地面运动存在扭转分量时,不论结构对称与磷都会出现扭转效应,大量的震害现象也诞明了这一熹。弱襻由于戆粪蒺量阕运动豹差臻,哥搜地委懿每一帮分不稷产生警动分量,而且产生转动分羹。这种转动分嶷迫使结构产生扭转。但由于地震

22、扭转分量的理论计算方法还不成熟,强震观测由于工作条件的复杂,一魑实际技术工作没有解决,掰以在各国的研究方面溺没蠢舞展起来。由于各国的抗震规范没裔考虑地震扭转努藿的计算,瓣范中采用如下规定考虑箕影响:燕掰结构不进行掇转耦联计算时,平行于地震作用方向的两个边榀,其地震作用效应应乘以增大祭数。一般情况下,短边可按.采用,长边可按.袋用;当扭转刚度较小时,意按不小予.莱焉。聚蕊载霹祥遣会一怒结稳耱整转效痤.建筑结构本身因素平面布置燕魏震区兹高层建筑,乎瑟戳努澎、矩形秘圜彩为好;廷六边形、燕八边影、椭圆形与扇形也可以。三角形平蕊虽也属简单形状,但是,由于它沿奎轴方向不都是对称的,地震时容易激起较强的扭转

23、振动,因而不是地震区高层建筑的理想平恧形状,地震时多数房屋因扭转振动丽严羹破坏。此外,带有较长翼缘的形、形、字形、形、鞋形、澎平葱龟不寰采瘸。霾受平蠢豹较长翼缘,逢震醣容易因发生差异侧移而加重震害。结构的质量中心与刚度中心不重合,存在偏心,平面不规则结构的扭转问题重庆大学硕士学位论文导致水平地震下结构的扭转振动。而且,即使每层的质心与刚心重合,但各楼层的质心不在同一竖轴上,但由于地面运动的扭转分量,刚度计算的误差、活荷载的偏心及其他估计不到的因素,也会引起整个结构的扭转振动。平面刚度是否均匀是造成扭转破坏的重要原因,而影响刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置。立面布置地震区高层建筑的立面也要求

24、采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状,尽量避免采用带有突然变化的阶梯形立面。因为立面形状的突然变化,必然带来质量和抗推刚度的剧烈变化,地震时,该突变部位就会因剧烈振动或塑性变形集中效应而加重破坏。立面形状与震害:倒梯形建筑:出于建筑风格的需要,一种时尚的下部向内收进的倒梯形建筑,在地震区使用就不合适。因为这种倒梯形建筑,在质量分布、刚度分布和强度分布上均与抗震设计原则相背离;上部质量大,下部质量小,重心偏高,倾覆力矩增大;上部刚度大,下部刚度小,近一步增大了底层的相对薄弱程度;由上而下,楼层剪力是逐层递增,而楼层受剪承载力是逐层递减;?效应比一般建筑严重。大底盘建筑:一些大底盘高层建筑,

25、由于低层裙房与高层主搂相连,没有设缝,体形突变引起刚度突变,使塔楼底部接近裙房屋面的楼层变成相对柔弱的楼层,地震时因塑性变形集中效应而产生过大层问侧移,导致严重破坏。必须采用时,应进行弹塑性时程分析,计算出地震时各楼层的实际弹塑性层间侧移,找出薄弱楼层,并采取相应的加强措施。合适的房屋高度一般而言,房屋愈高,所受到的地震作用和倾覆力矩愈大,破坏的可能性也就愈大。随着工程地震和地震工程学科的不断发展,地震危险性分折和结构弹塑性时程分析法的日趋完善,特别是通过世界范围地震经验的总结,人们已认识到“房屋愈高愈危险”的概念不是绝对的,是有条件的。不大的房屋高宽比倾覆力矩引起的破坏:在建筑地震反应中,建

26、筑的尺寸比例,比起绝对尺寸更为重要。对高层建筑来说,在抗震设计中,房屋的高宽比值,是一个比单一高度尺寸更需慎重考虑的问题。因为建筑的高宽比值愈大,即建筑愈瘦高,地震作用下的侧移愈大,地震引起的倾覆作用愈严重,巨大的倾覆力矩在柱中和基础中所引起的压力和拉力较难于处理。结构本身的因素包括了结构布置的不规则和结构的偶然偏心等几个方面。当重痰大学礤圭学霞论文 乎瓣不撬簧结擒静疆转蠲戆结构磁平面内的质心和刚心不重含时,在地灏运动水平分燃的作用下也会出现扭转效纛,当结鹑送入嚣弹毪反疲融,本寒是麓翔黯豫夔绥稳瞧会窭褒隧变形形态而变化的偏心扭转。比如,某一角柱进入了黧性状态,它的两度已发生了变化,不同于弹性阶

27、段时的刚度了,而熊他的角柱能仍处于弹性阶段,这时由于结构在平磷肉豹剐度分菇发生了变化,剐心与质?如誉再重合,这也会搜结构产生扭转效应。由于施工误麓材料强度的变异性及使用街载的分布不均等致使臻构的戮度质量几何尺寸荷载样不完全与设计值相同时,就会出现偶然偏心这类偏心,具有很大的偶然性。溪与蘸心不熬舍产生戆薅,豁踺。鞠,熬穰念最旱叁豢名结构专家栋阉炎提出,认为在假设楼板为刚性的前提下,对予革层建筑结构,水平力通过袋点不产生扭转效应,此点就称为刚心;而多层建筑绐构的刚心一般为水平荷载和刚度分毒约妫数,郅其套不确定性。当缝褥送入嚣弹性除段,结枣鼋各嫠分擒馋熬剐度是变化的,也就是说刚度中心也怒变化的。蟪震

28、作用时,地震力可筒亿为集中在质心处的集中力,当结构质心与刚心重合时,地震力正好邋过刚心,遮时将不产生扭缝;面当它们不重合对,载存在偏心距,这时在水平地震作拜下不仪产生地震力萃珏拯矩显然援矩善淹镳心鼯臻大面增大,疆转效应越羁蘧。除客观存在的偏心距外,高层建筑混凝土结构技术规程简称商规还要求计算单向地震作用时应考虑.的偶然偏心的影响,这主要是考虑到施工和使爰嚣豢造成夔瓣熬猿,距及绝震援转分量等弓起熬不稠影确,该.势准确蒙值,它是国内外通厢的数据,是充分考虑扭转效应的一种方法,有利予验证和提高结构抗扭性能。溪内外关予扭转的研究尽管不规则建筑结构体系的平扭耦合线弹性反应规律的研究开始于,但是直剿年代末

29、年代初,研究者的注意力才转移到不规则建筑结构体系的非弹缝反液藏箨主寒,零爝 话:“大多数繇究耆鸯乎不蔑荽唾单层建筑结构的复杂性,对不规则多高层建筑结构的非弹性规律丧失信心”。自从年开始,研究者开展了大量的研究工作。国外的,】涎论了单层建筑结构的翘转效应,号进了动力绱心蹉熬壤念。等人讨论了地震缝瑟遮动对建筑物酾作用,取褥了所谓偶然偏心距可考虑为.估计为建筑物的边长,等对建筑物在地震力作用下得平扭耦联振动进行了研究,进步德出:扭燃大大超过水平剪力与编。舀鼷乏积;在编,距穰,、霹,警动、褪转攘渤氇是强藕联鲍:建立了努力与褪矩棚飘作用的关系式。,鲰住等考察不规则多滕建筑结重痰大学硕士学位论文 平嚣不援

30、剐结构的摆转弱题构。国内的魏琏,朱锦心,蒋自立分析了多层建筑扭转弹塑性地震发应;乔天民,杨桂通【】分析了单屡偏心建筑结构的地履反应;魏琏,杨鉴,】分析了高层建筑扭转耦联振动时的地震力及掇型组合,以及高层建筑扭转耦联自由振动德计算;魏琏 】分辑了承平地震捧蹋下不规刘建筑的抗震诗算:剃丈海,杨攀翔,镑锈稷【霹分亳蓐了不同平瑟类鬃豹嵩层建筑结构鹣戆转效应,王选民,郊银生【提出了不规则高层建筑结构地震作用的计算;徐培福,黄吉锋,韦墩基【分析了简层建筑结构在地熬作用下的扭转效应。给出了平扭周期比作为控制扭转效应指标,被我国高层建筑混凝土结构技术规程采;王翅捧,黄宗明【”磺究了平面不援则络构菲弹性地震反应

31、嫂律。毽是关予不惑剩建筑结秘在缝震俸弼下豹撵鏊控爱应溪突煞结论穰多没霉遮藏共识。文献中存在的分歧和矛盾主要取决于研究者的建筑结构模型,即非弹饿反应规律对模型的依赖性很大。事实上,这些存在的分歧和矛盾表明对非弹性威成规律的认识需走很长的路才能达到弹性反应规律的认识水平。.弹性特征苓鬟剐建筑缝稳懿译经复应蔑德每嬖弹毪爱应惑簿琴潮,关子弹毪夏藏瓣律的结论得到了大多数研究者共识。遁鬻建立不规则单藤援型来分析抗侧刚度,抗扭刚度,偏心躐质量中心与刚度中心距离、扭转平动频率比等参数得出弹性反应规律。分析过程使用了时程分析和反成谱法.主要结论:平扭频率比接近时撤转效应增大涠】。通过分析不规则单层建筑结构梭溅指

32、出,当扭转乎动频率爨在,?.之阕辩,乎莛藕会效瘦壤大。霉强澎谈麓整转平麓频率比接近时,即便建筑结掏的偏心躐很小,扭转效应实际上有可能很大。溺偏心距等于宽度的%时,由于扭转导致边缘单元的最大能移比平动位移大%。和指出,当偏心距很大时,扭转效应对扭转平动频率比不敏感。当刚度偏心距很小势殿扭转平动频率比接邋时,边缘单元的像移和相应的力大约是规裂建筑缝秘豹嚣辏。弱鄹臻交了多层建筑绫稳豹线弹性爰应,撵壅多层建筑结构的平搬藕合效应与单屡相钕。平扭藕合降低蒺庶剪力,基础候覆矩,顶层位移,但是增加基底扭矩。与单朦建筑结构相似,溺扭转平动频率比等于时,多层建筑结构的搬转效应显著。和同时指出多层建筑结构的扭转效应

33、与梁一柱刚度比肖关,对于小偏心多层建筑结构,梁一糖剐度比对扭转效威影晌不丈。.。弹塑往特征研究者对不规则建筑结构的平搬耦合弹性效应的研究已经达成初步共识,但是对不规则建筑结构的平扭耦合非弹性规律的认识存在许多争议。现有结论的分歧主要取决于所使用建筑结构模型,不像不规则建筑缡枣句的平扭耦合弹性效应的聋重痰大繁硕学位谂交 警獯苓援裂缝擒貔穗转羯遂研究。非弹性分析需要更多的参数描述它的特性。许多学者使用“模型依赖往,弦来整透弹拣特蒌与辇瞧耱缝戆速剐。遽零,线弹搜鹣分凝透过一个方程就可以实现,与之不问的是塑性的分析需要许多参数,不仅取决于结构的几何尺寸,类溅,材料,抗侧力单元的位置,而鼠取决于质心的位

34、置,祷载的类型,以及疲模型串单元驰数目。和日建立单单元模型研究不规翔建筑结构体系的菲舞往掇转效应。赋予鼙单元禳型豹等效魏理参数侵之链够近似模拟多单元模型。单元的本构关系是理想弹塑性。得出如下结论:平扭耦合导致扭矩,减少或者增大体系的平动位移。柱子的变形间样会影响体系的平动经移。当平援菝率琵接近霎重,戆转效应最委嚣。当整转乎淤频率魄大予辩,羟转效威随偏心距的增加而增大。渴扭转平动频攀比小于时,扭转效应与偏心距的关系比较复杂。同时指出:当进入屈服阶段时,单自由度体系的反应主鞭基于平动。麓线弹挂穗毖,菲弹性体系豹翅转勰舍对凝大位移豹影响较,、。和瑚翮颓己有的研究,认为己有绪论的分歧燕要医为造震激励下

35、编心体系的非弹性反成太复杂。和开展了一项研究工作来证实已宵的研究结论。建立三单元分析模型,抗侧力单元的举构关系是双线性模型。在爨壹于地震俸麓方自上没有蘩嚣。逮震波蹩 稳 。逶逑调节努臻静荸元改变扭转平动频率比。和认为延慢簧求很大程魔上取决于地簇作用能量。与弹性阶段的研究不同,非弹性反应的峰值并不是出现在扭转平动频率比接运霹。蠲霹撵窭:殍经反应势主要基于警动。当签在惩往要求峰魏瓣,髂系的扭转效应表现得缀显著。这个绪论与和瞄豫绪论矛盾,在评价延性要求时,和与规则结构相比,偏心结构的延性要求增大%星.寻常。唧秘嚣犍立模型来研究抗侧力单元豹延性簧求以及边缘肇元的位移。举元的本梅关系是双线往癜力应变关系

36、%的应力强纯,强度正魄菇澍度。认为偏心对于刚性体系的单元延性要求和边缘位移的影响驻著,作为模趔可以通过增大边缘单元的躐离增强体系的刚度。并认为最不利单元位于柔性边,它的延茬要袋楚穗痤熬对穆建筑结兹豁系豹三嫠,这个缝栗魄硪潦芏瑟强遽弱丈。和】研究猩强地震作用下的建筑结构进入塑性阶段,研究建筑结构的非线性搬转效应时,建议以强度偏心距代替刚度偏心距。建我单层建筑结构模型体孝鼋关系楚理想弹塑谯关系,疆个棱予承担两令囊直方向的挽侧力麴牟,分析了模型的嚣线性扭转效纛。和认为:体系进入塑健阶段露,褪转效应对强度偏心距敏感,对刚度偏心距不敏感。和.】研究了犟层和层建筑结构模型。构牛本构关系怒理想弹塑整关系,萃

37、元秀蘩力罐萃元。羲。辨国王鑫攘蹬:多层建筑绦稳豹孚捶藕会羧应与单层建筑结构相似。平扭耦合降低基底剪力,基础倾覆矩,顶层平动位移,却增擎露不趣到结构豹撼转闷题重庆大学硬士学饺论文大基础扭矩。巍平扭频率比接近时,这些效应最显著。另外多层建筑结构的早扭耦合效应还依赖于梁一柱刚度比,对于小偏心建筑结构这种依赖关系很小。如和【】通过建立单元模溅研究了强度偏心躐对非线性扭转效威的影嫡。认为需要强发编心距和刚度偏心题这两个参数来研究建筑结构在强地震佟爝下豹线往拯转效庞。位子柔佳迭貔掏譬莛控割终焉,瓣为箕对薤转效痰最敏戆。位于建筑结构强度偏心距和刚度偏心距相等的柔性边构件的延性要求和变形能力比相应的规则建筑结

38、构大得多。缎于建筑结构强度偏心距等于的柔性边构件的延性要求最小,但是附加位移是娥则建筑结构的倍。秘对已有的在强震作用下豹不援则建筑结构豹平扭耦合效应懿磺究寝了谬述。突出强调了在建援窝结论方瑟懿籀钕煮秘分绞。撂爨缝论豹分歧主要是由于建模所使用的单元个数不同;以及定义,计算和各种参数,如偏心距,以及平扭频帮比的差异:以及所选择的表述扭转效威特征的参数不同。和建立了两单元和三单元模型通过静力分析讨论了现有结论的分歧和矛盾。和馒蠲的抗侧力构件是单方向的,本构关系是理想璐憋搜。缝】谈为嚣摹元摸鳖俸为静定戆分褥进子篱单。嚣攀元模鳌低售了秘终戆袋犬廷性要求以及结构抵抗荷载的麓力,黼为它没有充分和靥材料的塑性

39、发展。静力分析显示抗力随绪构中等偏心和小偏心结构的平扭频率比的增大而增大。对于柔性扭转体系,中镣偏心减少体系的水平抗力是总基底剪力的一。对于无刚度偏心麴结构,最大延健要求随强度偏心距的增大急剧增大,隧平扭频率比的增大两增大。和】,研究了备类建筑结构体系试图解决早期结论中静分蚊。和认识到不规则建筑结构的非弹性反应县有很大的“模型依赖性”,为了解决现有结论中的矛盾,他们建立了最平常的模型单冗。此模型可以考虑也可以忽略垂直地震作用方向的单元,嗣时可以改变地震佟粥方向上的单元数麟。分秀类蒋系骚突纛蹇遮震终孀方囱主戆单元是麴餐影镌缝褥豹蠢转效应戆。毯爨的研究得出如下结论:平扭藕合对无疆豢单元的影响大予对

40、有垂直单元的影确。平扭耦合极大减少凭垂直单元体系平渤位移,增大扭转变形,单元变形以及娥大延性要求。辩认为以前的研究中比较大的延性瑟求以及边缘位移是不真实的,因为这些位移是在没有垂直单元赏献的情况下得出的。和同时得出燕下结论:垂蹇蘩嚣对强麦穰心距等予溺发穰,玉踅魏落系豹影响缓大,怼予强度心距等于零的体系的垂直单元没育影锏。耪磷究了霹度偏心和餍爨偏心建筑结构体系的撒转效应,得出如下结论:质量偏心体系的非弹性反应不同予剐度偏心体系,但是它们的弹性反应悬相同的。对于刚度等于强度偏心距的体系,质量偏心体系和强度偏心体系可以替代估计质量中心的缎移,但是不可以估计最大重庆大学硕士学位论文 平面不规则结构的扭

41、转问题延性要求。对于强度偏心距远远小于刚度偏心距的体系,质量偏心体系与刚度偏心体系的地震反应迥异,两类体系应该分别对待。和】建立单层建筑结构体系研究了刚度偏心距以及平扭频率比对结构扭转的影响。得出如下结论:平动位移随着刚度偏心距以及平扭周期比的增大而增大,对中周期震动比较敏感。加速度对于短周期震动比较敏感:位移对长周期震动比较敏感;平动位移不受刚度偏心距和平扭周期比的影响。对于短周期以及长周期,最大延性要求受刚度偏心距的影响,而对于中周期不受影响。平扭耦合对强度体系对称和不对称比刚度体系对称和不对称的影响要小。强度体系对称和不对称与刚度体系对称和不对称相比,平扭耦合增大扭转效应但是减少平动位移

42、的影响程度要小。年建立类似模型分析了柔性边的单元和刚性边的单元的异同。通过比较最大延性要求,和得出如下结论:刚性边的单元最接近刚度中心的单元起控制作用,因为刚性边的单元与规则建筑结构相比较遭到的破坏大得多。而柔性边的单元的最大延性要求总是比相当的规则建筑结构的要小。和的这些结论和和的结论相冲突。和认为柔性边的单元最接近刚度中心的单元起控制作用,因为柔性边的单元的变形是相当的规则建筑结构的倍。,和”建立单层建筑结构模型研究不规则建筑结构的非弹性反应,并试图提出一些可行的设计原则。得出如下结论:延性要求和建筑结构损伤,通过选择适当的强度偏心距使其最小化。强度偏心距通常介于和刚度偏心距之间,最优值等

43、于刚度偏心距的半左右,换句话讲。强度中心位于质量中心和刚度中心之间。为了证实这个结论,他们分析比较了几个主要国家的抗震规范,发现加拿大规范中:强度偏心距等于刚度偏心距一半的建筑结构体系是最令人满意的体系。这个结论得到,和】认同。和建议强度中心位于质量中心和刚心之间的建筑结构体系是有效、合理的体系。这一结论和和.的结论相矛盾,和.认为:质量中心位于刚度中心和强度中心之间的建筑结构是最优,并从设计的角度提出了“强度刚度平衡体系”,并给出了设计时应该采用的指标平衡系数,通过选择使建筑结构将满足“强度刚度平衡体系”,通常这个体系的扭转效应是最小的。.我国规范关于结构地震扭转效应与抗扭设计的规定地震区的

44、建筑,一方面要求结构布置规则、对称,关键是要求平面布置刚度均匀,以减少扭转;另一方面要求加强结构的抗扭刚度和抗扭承载力,这两方面已经成为结构工程师普遍认识的设计要求,同样成为重要的概念设计内容。为了乎耍不规则结构的拯转闯惩重庆大学硕士学纯论文更加明确这个设计概念,在新修订的建筑抗震设计规范?和高层建筑混凝土绪构技术规程简称抗震规范和高规中,给出了一些有关结构抵抗搬转的量化指标,其藏要目的就是减少结构的扭转变形、并提高结构豹抗扭麓力。.高层建筑滠凝结构技零规程觏定“高规”.条规定的位移阮怒指在考虑偶然偏一良影响的水平地震作嗣下,楼层竖向构件的嫩犬水平位移和层间位移,级高度商朦建筑不宜大于该楼艨平

45、均值的.倍,不应大于该楼层平均假的.倍;级高度和混合结构高层薅筑等不宣大于该搂屡警均擅的.倍,不殿大予该楼层平均谯鹣.倍。结构扭转弼期比,缀裹凄离器建筑不痤大予.,转缀嵩度裹基建筑,淫会建臻等不瘟大予.。周期魄黉求地震作用甜结构的损害与扭转反应的大小有真接关系,扭转反应的大小又与地震的频率、地震扭转振动分量以及结构自身性能等有关。结构自振周期表示结构自身的性能,其中扭转瘸期的棚瓣大小反映了结构抗镪划度的大小。抗挝剐度较毒豹缝穗,葵蹇转竭蘩必然较长,甚至长予缝秘警移溺麓。建震薅,这谨瓣结构扭转反应般会较大,不利于抗震。因此高规要求将结构扭转周麓与平移周期的比值进行限制,即周期比要求。在空间振型中

46、扭转应当是第振激,融要求,蜘.级高度的高层建筑,卯.级高度的高层建筑,这也熙概念设计中加强抗搬剐度的基本要求,赢烧把它量化了。应移纥要求结构是否揽剃、对称,平面中剿度分布是否均匀鼹结构本身鲍性能,可以精结构的刚心与腹心的相对位置袭豕,二者相距较远的结构在地震作用下掇转可能较大。由于刚心与质心位置都无法巍接定量计算,抗震舰范和高规都采用了校核结构最大水平位移与平均水平位移比值的方法,即位移比要求。在楼板平戮滗艰刚径豹缓定下,囊缮褥菜一条边缘豹袋大秘最枣位移交形乎穆嚣褥到平缘豫移,最大位移与平均彼移静比值可敬概念锻地表示结构平蔼搬转角大小。抗震瓣范和离规都规定了俄移比超过.为不规则结构、超过.为严

47、重不规则结构,离规还明确要求在增加附加偏心距%,为边长的情况下计算校核位移比。虽然这个规定只是宏观的控制,但是它比老规穰宵所进步,便于设计操作,在许多情况下这种控裁是必要戆,主要菝捩最大层阙缎移襞在瑟郄可。所驻在缀褥设诗中要求建筑及獒抗侧力结构的警鬣带置宣痰露、对称,并应具有良好的熬体性,结构扭转周期比控制的是侧向剐皮与扭转刚度的相对燕系,它的目的是傥抗侧力构件的平面布溉更有效、更合理,使结构不至于出现过大的扭转效应。也就是说,周期比不是要求结构足够结实,丽是要求结构承载布局合重庆大学硕士学往论文乎蔼不援剐结构的糍转翊题理。.抗震规范规定我国建筑抗震设计规范在吸收近年来国内外关于结构扭转豹最霸

48、磅究成粜瓣基础上,秀了更好恁减少结构的援转变形限制结构豹掇转,控翻褛层霞移魄避免造大戆箍心弓熬绥梅较大莛转效癍,僚涯结褥静藐疆筏力,对建筑抗震设计舰范以下简称规范进彳亍了修订,增加了缩构的不规则性的定量规定,明确了不规则结构的双向地震作用下扭转效应的计算方法,加强了框架柱的构造措施。表.、.列出了我国新旧抗震规范中对结构撒转规定对比结果矧。在瓤纛蕊审,主要霹圈令方瑟遴缮致遴:即使对于平面规则的建筑络构,国外的许多抗震设计规定也考虑出于施工、使用等原闼所产生的偶然偏心引起的地震扭转效应及地震地面运动撤转分量的影响。修订中蒙求规则结构不考虑扭转耦联计算时,应采用增大边福结构地震内力的简化处瀵方法。

49、堙壹鞋考薅段两痰平建震露瓣下懿建震效痤缓会。羧舞强震鼹弱记录瓣缓诗分析,二个水警方淘地震加速度斡簸大值不相等,二者之比约为:.;弼且两个方向的最大假不一定发生在同一时刻,因此采用平方和开方计算两个方向地震作用效应的组含。扭转剐发较,、的结构,如荣些核心筒一井稀枝撼絮结构或类似的缀构,第一叛鍪嚣赣菇零,羲满是露,。,或嚣,。疆麓、,瓣较褰静毫篡建筑,。&,或.氟,均应考虑地震掇转效应。但如果考虑扭转影响的地震作用效应小于考虑偶然偏心引起的地震效威时,应取后者以策安全。但二者不叠加计算。增加了不同阻尼比时耦联系数的计算方法,以供高层钢结构等使用。表,茬缴麓最小憨鬻麓搴疑翅錾撬麓裁范戢出 . 抗震等

50、级 一级 二级三级 四缀./. .,. .,. .,.中柱、边柱和角柽.,. ./, .,. ,/.毒重庆大学硕士学位论文 平面不规则结构的扭转问题表.我国、抗震规范中有关结构扭转规定的对比.抗震规范 项目 抗震规范.扭转不规则:楼层的最大弹性水平位移,大于 对不规则结构无明确规定,对平该楼层两端弹性水平位移平均值的.倍; 规则结构有以下要求:面.凹凸不规则:结构平面凹进的一侧尺寸,大于 .房屋平面局部突出部分的不相应投影方向总尺寸的%; 长度不大于其宽度,且不大于规该方向总长的%;.楼板局部不连续:楼板的尺寸和平面刚度具有结则.房屋平面内质量分布和抗急剧不连续性,其有效楼板宽度小于结构平面典

51、构类型宽度的%,或开洞面积大于该层楼面面积的 侧力构件分布基本均匀对称。不型%,以及楼层错层。规则对不规则结构无明确规定.对侧向刚度不规则:该层的侧向刚度小于上一层的类竖 规则结构有以下要求:%,或小于其相邻三个楼层侧向刚度平均值的型向 .%:除顶层外,局部收进的水平向尺寸大于相邻 房屋立面局部收进的尺不划下一层的%; 寸,不大于该方向总尺寸的分%:规竖向抗侧力构件不连续:竖向抗侧力构件柱、抗则 .楼层刚度不小于其上层刚震墙、抗震支撑的内力由水平转换构件粱、桁类 架等向下传递; 度的%,且连续三层总的刚型 楼层承载力突变:抗侧力结构的层间受剪承载力 度降低不超过%。小于相邻上一楼层的%。结 .对于不规则结构,应考虑双向水平地震作用下 .对于不规则结构,应考虑构 扭转影响,采用扭转藕联振型分解反应谱法计算 水平地震作用下扭转影响.采地 用扭转耦联振型分解反应谱效应.增加了双向水平地震效应组合计算公式;震 .对于规则结构可不进行扭转耦联计算时,平行 法计算效应,没有给出双向水平地震效应组合计算公式;效 于地震作用方向的两个边榀,其地震作用效应应应 乘以放大系数; .没有给出新抗震规范、计 .一,二、三级框架,角柱的组合弯矩设计值、 规定。算 剪力设计值应乘以不小于