平面不规则高层建筑结构的扭转问题

论文摘要

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。“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及存在的问题。随后设计了不同偏心率的结构算例,并找出结构位移比、层间位移比、层间最大位移、层间平均位移、层间位移角、层间平面扭转角θ随楼层的变化规律。并推导出位移比与楼层扭转角θ间的关系、水平地震作用下各扭转效应指标之间的关系。通过以上分析研究得出的主要成果有:①平面不规则高层建筑结构在靠近底部几层,位移比往往很难满足规范规定,但是其扭转效应并不大。原因在于位移比是一个相对指标,如果平面最大位移与平均位移值均很小,平均位移较最大位移更快趋近于零,在这种情况下位移比可能会很大,而超过规范限值,从而失去其控制扭转的意义。②本文认为,结构平面扭转大小直接与层间平面扭转角度θ有关,而层间平面扭转角θ是一个绝对指标,是每层结构顶部相对该层结构底部的一个扭转角度。从论文第三章可以看出,在结构底部几层位移比超限,但结构的层间扭转角θ、并不大,层间最大位移,层间平均位移、最大层间位移角均不大;相反中间层的扭转角更大,但是位移比却减小。③《高规》规定的周期比Tt/T1在很多情况下都不是很合理。比如T1大的结构,在满足周期比的情况下Tt可能比较大;T1小的结构,为了满足周期比,Tt被迫做得很小,这样使得平动较弱的结构扭转控制不严,而平动较刚的结构扭转控制过严。框架结构更容易满足周期比的要求,其他参数不变的情况下,如果在中部加剪力墙,相比框架结构应该更安全,但是反而更不容易满足周期比的规定。根据文献表明周期比与位移比有一定关系,而对于扭转来说,结构平面扭转的大小直接反应在结构层间扭转角θ上。所以本文建议周期比规定可以取消。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 高层建筑的发展
• 1.2 我国高层建筑发展的特点
• 1.3 扭转问题的提出
• 1.4 本文的研究目的和意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 平面不规则结构的扭转控制指标
• 2.1 引起结构扭转振动的因素
• 2.2 国内外关于扭转的研究
• 2.2.1 弹性特征
• 2.2.2 弹塑性特征
• 2.2.3 各国规范关于扭转控制的规定对比
• 2.2.4 我国规范关于扭转规定存在的问题
• 2.3 小结
• 3 扭转控制指标的具体分析
• 3.1 概述
• 3.2 扭转指标随楼层的变化规律
• 3.2.1 研究方法
• 3.2.2 研究思路
• 3.2.3 楼层位移比与层间转角θ的关系
• 3.2.4 算例1
• 3.2.5 算例2
• 3.2.6 算例3
• 3.2.7 算例4
• 3.3 水平地震作用下的各扭转效应指标之间的关系
• 3.3.1 相对扭转效应与平扭周期比的关系
• 3.3.2 相对扭转效应与楼层扭转角的关系
• 3.3.3 楼层扭转角与平扭周期比的关系
• 3.3.4 楼层最大位移与各扭转控制指标的关系
• 3.4 周期比存在的问题
• 3.4.1 算例
• 3.4.2 规范相关条文关系
• 3.5 小结
• 4 偏心裙房问题
• 4.1 目前存在的问题
• 4.2 偏心裙房实例
• 4.2.1 方案一
• 4.2.2 方案二
• 4.2.3 方案三
• 4.3 小结
• 5 结语
• 5.1 本文所取得的初步成果
• 5.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录