論改善高層建筑的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)

李濤+李霆

摘要：本文從扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的概念與改善高層建筑扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的原則入手，闡述了控制扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的理論基礎(chǔ)，并且就高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制措施進(jìn)行了研究，以期能夠?qū)刂聘邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)起到積極作用。

關(guān)鍵詞：高層建筑；扭轉(zhuǎn)反應(yīng)；控制措施

1.引言

隨著城市房屋建筑中高層建筑的增多，高層建筑的質(zhì)量安全問題也備受關(guān)注。在高層建筑的施工過程中，建筑結(jié)構(gòu)本身的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)會給建筑物帶來一些嚴(yán)重的損害[1]。尤其是在地震發(fā)生時(shí)，扭轉(zhuǎn)反映會導(dǎo)致建筑物變形甚至坍塌。因此控制高層建筑物的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)是確保建筑物安全可靠性的關(guān)鍵措施之一。

2.扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的概述

2.1扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的概念

扭轉(zhuǎn)反應(yīng)是指在建筑主體結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個(gè)零部件和子結(jié)構(gòu)都必須通過精密的計(jì)算后得出自身作用下的扭矩，進(jìn)而計(jì)算出該部分配筋 [2]。在高層建筑的結(jié)構(gòu)樓層中層間的最大位移值和結(jié)構(gòu)主體兩側(cè)層間位移的平均值就是結(jié)構(gòu)主題的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)值。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，扭轉(zhuǎn)反應(yīng)≧1.2倍時(shí)，該樓層的平面被認(rèn)定為不規(guī)則，這種建筑在地震來臨時(shí)結(jié)構(gòu)主體會發(fā)生明顯大幅度的扭轉(zhuǎn)。因此為了規(guī)避地震風(fēng)險(xiǎn)，在進(jìn)行樓層建筑時(shí)應(yīng)該盡量控制結(jié)構(gòu)樓層中層間的最大位移值和結(jié)構(gòu)主體兩側(cè)層間位移的平均值，同時(shí)增大配筋比例，提高抵抗扭矩反應(yīng)的強(qiáng)度。

2.2改進(jìn)高層建筑扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的原則

（1）樓層間的層高與位移合理。該原則要求高層建筑的最大樓層間的位移必須符合規(guī)范。因?yàn)樨Q向構(gòu)建數(shù)量決定了結(jié)構(gòu)的剪切變形，一旦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會大大影響建筑的扭轉(zhuǎn)變形。因此，在現(xiàn)實(shí)施工過程中，盡量保持高層建筑的層高與位移的協(xié)調(diào)合理，減少實(shí)際施工對對剪力墻體的產(chǎn)生作用引發(fā)的扭轉(zhuǎn)變形。

（2）樓層剪力最小。該原則強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)樓層結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)采用大開間，盡量讓側(cè)向鋼度結(jié)構(gòu)達(dá)到理想狀態(tài)，而樓層與樓層之間的扭矩系數(shù)必須控制在適中偏小，絕對不能超出限定范圍值，可以有效減少結(jié)構(gòu)樓層的自身重量，降低地震損傷。

2.3控制高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的理論基礎(chǔ)

要控制高層建筑結(jié)構(gòu)的扭矩反應(yīng)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件距離質(zhì)心越遠(yuǎn)，構(gòu)建抵抗扭矩反應(yīng)的剛度和強(qiáng)度就越大，因此在高層建筑外圍最大限度地設(shè)置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，以增加抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的數(shù)量來增加結(jié)構(gòu)主體的抗扭矩剛度。除此以外，還可以采取削減芯筒內(nèi)的灌風(fēng)力度來體征結(jié)構(gòu)主體的周期比，適當(dāng)設(shè)置剪力墻體結(jié)構(gòu)，使建構(gòu)主體的剛度能夠分布更加均勻，提升預(yù)防地震帶來的損傷。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制措施

3.1加強(qiáng)對概念設(shè)計(jì)的重視

地震具有隨機(jī)性和不可預(yù)測性，模擬的計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的地震效應(yīng)存在巨大差異，雖然進(jìn)行精確嚴(yán)密的抗震計(jì)算是非常困難的，但是在高層建筑的概念設(shè)計(jì)時(shí)就將抗震設(shè)計(jì)引入，能夠有效提高高層建筑的抗震能力。概念設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)可從以下幾個(gè)方面著手：一是選好建筑場地，做好地基設(shè)計(jì)，選擇有利避開地震帶，根據(jù)地形、地勢特點(diǎn)設(shè)計(jì)扎實(shí)穩(wěn)固的地基；二是制定科學(xué)先進(jìn)、合理規(guī)范的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、筒體結(jié)構(gòu)等；三是合理布局高層建筑結(jié)構(gòu)，明確設(shè)計(jì)草圖和計(jì)算數(shù)據(jù)，確定合理的地震傳播作用的行進(jìn)路徑，在建筑結(jié)構(gòu)的主體平、立面設(shè)計(jì)時(shí)盡量保持對稱、規(guī)則，合理規(guī)劃建筑主體結(jié)構(gòu)的抗震剛度和強(qiáng)度。

3.2改善結(jié)構(gòu)平面狹長帶來的影響

（1）在高層建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)施工時(shí)，在建筑主體中的框架柱中設(shè)置增加的框架跨數(shù)，提升高層建筑結(jié)構(gòu)主體中連梁的線剛度，從而增加結(jié)構(gòu)主體的抵抗扭矩反應(yīng)的剛度和強(qiáng)度。能夠有效改善結(jié)構(gòu)平面狹長帶來影響還可以應(yīng)用框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)能夠有效提升結(jié)構(gòu)主體的抗側(cè)力，控制扭矩反應(yīng)。

3.3合理增加建筑物抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

（1）抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置要對稱。在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)置合理的抗側(cè)力部件是最重要的步驟之一?？箓?cè)力部件的配置應(yīng)該遵循均勻、對稱、分散的原則。此外抗側(cè)力部件在布置時(shí)盡量保持結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)的剛度中心接近。

（2）增加建筑物外圍的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件距離質(zhì)心的越遠(yuǎn)，構(gòu)建抵抗扭矩反應(yīng)的剛度和強(qiáng)度就越大，因此要成功控制高層建筑結(jié)構(gòu)的扭矩反應(yīng)，在高層建筑外圍最大限度地設(shè)置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，以增加抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的數(shù)量來增加結(jié)構(gòu)主體的抗扭矩剛度。因?yàn)樵黾咏ㄖ锿鈬目箓?cè)力結(jié)構(gòu)數(shù)量能夠分散建筑結(jié)構(gòu)主體的抗震壓力和強(qiáng)度，提高建筑主體的整體抗震能力。以深圳某小區(qū)為例，該小區(qū)的高層建筑主體結(jié)構(gòu)的外圍均設(shè)置了許多抗測力結(jié)構(gòu)，如建筑結(jié)構(gòu)立面、平面對稱的抗風(fēng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。除了增加抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的數(shù)量外，還可以采取削減芯筒內(nèi)的灌風(fēng)力度來體征結(jié)構(gòu)主題的周期比，使建構(gòu)主體的剛度能夠分布更加均勻，提升預(yù)防地震帶來的損傷。

（3）強(qiáng)化已有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度。強(qiáng)化高層建筑中現(xiàn)存抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度，能夠有效提升原始測力結(jié)構(gòu)實(shí)際抗震剛度。主要的強(qiáng)化已有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度的實(shí)施方法包括以下幾種，一是在高層建筑外角部位設(shè)置單向的剪力墻結(jié)構(gòu)，使之成為L型的剪力墻體，并將該形狀的剪力墻體盡量拉長，這樣可以成功規(guī)避外部結(jié)構(gòu)里面在轉(zhuǎn)角開窗，也能大大增加離建筑主體質(zhì)心較遠(yuǎn)位置的監(jiān)理墻的厚度，有效提高剪力墻體連梁的高度和長度；二是提升已有剪力墻體結(jié)構(gòu)的抗扭矩剛度，改變高層建筑中樓面上部和窗臺下部的高度，將其連貫成連梁，從而有效提升剪力墻體結(jié)構(gòu)的抗扭矩剛度。

4.結(jié)束語

綜上所述，有效控制高層建筑的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)能夠確保在地震作用下建筑物的安全可靠性，盡量減少地震對高層建筑物帶來的損傷。要成功實(shí)現(xiàn)控制高層建筑扭轉(zhuǎn)反應(yīng)應(yīng)該從高層建筑的設(shè)計(jì)概念上著手，將地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制到最小，并在實(shí)際的工程實(shí)施中，通過改善高層建筑的結(jié)構(gòu)平面狹長帶來的影響，合理設(shè)置高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，使建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心能夠相契合，進(jìn)一步減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃列巍.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制[J].中華民居，2012，（3）：272-273.

[2]呂堅(jiān).淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中控制扭振效應(yīng)的主要措施[J]科技風(fēng)，2010，（5）：156-158.

作者簡介：李濤 單位：武漢地質(zhì)資源環(huán)境工業(yè)技術(shù)研究院有限公司 專業(yè)：工程技術(shù) 自動化 研究方向：工程項(xiàng)目管理 學(xué)歷：本科 出生年月：1980.05

李霆，本科（1983.04—），單位：武漢地質(zhì)資源環(huán)境工業(yè)技術(shù)研究院有限公司 專業(yè)：工程技術(shù)、土木工程，研究方向：結(jié)構(gòu)方向，職稱：中級工程師、中級經(jīng)濟(jì)師endprint