不规则结构扭转效应控制的对比分析与研究

不规则结构扭转效应控制的对比分析与研究(所属杂志:此文章来自原稿)发布时间:2010-07-09已阅读:678于子武,李进,李青宁(西安建筑科技大学土木学院,陕西西安710055)摘要:依据国内外规范对不规则结构扭转控制的条文规定,本文对不规则结构扭转控制进行分析与研究,阐述了偶然偏心问题的来源,分析耦联、非耦联周期比与偏心率之间的关系,结果表明,我国现行规范在偶然偏心问题和周期比限制方面仍存在不完善之处,计算结构扭转效应时无论单、双向地震输入都需要考虑偶然偏心,在考虑偶然偏心的同时可以放宽对周期比的限制。关键词:不规则结构;扭转效应;偶然偏心;位移比;周期比中图分类号:TU352.1文献标识码:A随着我国城市建设的发展,高层建筑发展迅速,建筑功能日趋多样化,建筑师也不再局限于简单规则的建筑外观,这些都使得高层建筑结构形式日趋复杂。因此随着复杂体型和不规则结构的高层建筑的逐渐增多,已成为一种建筑发展趋势,成为结构工程师设计工作的重点和难点。平面不规则包括凹凸不规则、扭转不规则以及楼板局部不连续。结构平面不规则、不连续、不对称造成结构受力情况非常复杂,大量震害调查表明,扭转将产生对结构不利的影响,加重建筑结构的地震震害。1972年尼加拉瓜马那瓜地震中,15层的中央银行采用框架结构,两个钢筋混凝土电梯井和两个电梯间,均集中于建筑物的一端,同时该端山墙上还砌有填充墙,造成结构很大的偏心,地震时扭转振动强烈,造成严重破坏,修复费用高达原房屋造价的80%;另一幢18层的美洲银行,采用对称布置的钢筋混凝土墙筒,震后该建筑仅3~17层连梁有轻微裂缝,几乎没有其他结构性和非结构性破坏,与中央银行形成鲜明对比[1]。因此,对建筑结构进行扭转分析、控制及设计是十分必要的。1各国抗震规范对结构(不)规则的判断准则及地震扭转设计分析方法1.1结构不规则性准则结构不规则性判断准则隐含了结构扭转效应的宏观控制指标,对结构扭转效应起概念性控制,各国规范对结构规则与否的判断大致分三个方面:结构平面布置(结构平面刚度和质量分布)和立面体形;结构侧向刚度和质量沿高度的分布;楼层承载能力。表1列出了几个国家规范对(不)规则结构的规定。表1各国规范对(不)规则结构的规定规范平面不规则类型定义中国GB50011-2001扭转不规则楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)大于该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化美国UBC97扭转不规则垂直于某轴线的结构一端的最大层位移(考虑偶然扭矩的影响)大于结构两端的层位移平均值的1.2倍凹角不规则结构的平面及其抗侧力体系有凹角,且凹角的两边突出部分均大于该方向结构平面尺寸的15%楼板不连续横隔板突然不连续或其刚度变化,包括挖去的或开门的面积大于横隔板毛面积的50%,或某楼层到相邻楼层的横隔板有效刚度变化大于50%平面外分支抵抗侧向力的路线不连续,如垂直构件的平面外分支不平行体系垂直抗侧力构件与抗侧力体系的主正交轴不平行也不对称美国NEHRP(2003)和IBC2003扭转不规则比UBC97多定义严重扭转不规则类型1b:即扭转位移比大于1.4时;其余均与UBC97相同(抗震设计类别为E、F时不允许采用不规则结构1b)欧洲EC8(2003)扭转规则各楼层的x、y向上,结构刚度偏心距e及刚度扭转半径r满足:e/r≤0.3,r≥Ls(质量回转半径)建筑结构在平面内沿两正交方向的侧向刚度和质量分布接近对称凹角规则平面轮廓简洁紧凑,即无诸如H,I,X等形状,总凹角或单一方向凹入尺寸不超过对应方向建筑总外部平面尺寸的25%楼板连续性楼板平面内刚度同竖向结构构件的侧向刚度相比足够大,以至于楼板变形对竖向结构构件间力的分配影响很小在给出了地震力分配情况下,加上偶然偏心,任一楼层沿地震作用方向的位移不超过平均楼层位移的20%新西兰NZS-4203扭转规则在规范规定的等效横向静力作用下,垂直于横向力方向的端部水平位移比在3/7~7/3之间在任意一层,这层以上所有层的质量中心到该层剪力中心的距离不超过0.3倍的层宽度(在垂直于水平力的方向上的尺寸),而且偏心的方向与以上各层...

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