平面扭转不规则结构偶然偏心问题的讨论

浅谈高层结构平面不规则抗扭设计摘要:本文分析了建筑结构扭转破坏的机理及引起扭转效应的主要因索。

提出平面扭转不规则高层结构的抗扭设计相关的技术措施。

并通过工程实例介绍了高层结构抗扭设计的应用。

关键词:高层结构；扭转不规则；扭转破坏机理；扭转效应；抗扭设计Abstract: this paper analyses the architecture structure reverse damage mechanism of cause and the main causes torsion effect. Put forward the high-level structure irregular plane reverse wrest resistant design related technical measures. And through the engineering case, this paper presents the design of high-rise structure and application.Keywords: high-rise structure; Reverse irregular; Reverse the damage mechanism; Torsion effect; Wrest resistant design引言大量震害表明，地震作用下平面凹凸不规则、楼板不连续结构，受力复杂、传力不明确，容易诱发和造成结构局部薄弱部位率先发生破坏，严重者可引起整个结构倒塌破坏。

国内一些振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。

震害表明，地震作用下结构扭转破坏，主要表现在变形受力较大而又薄弱的边缘部位竖向构件率先受到冲击损坏，地震作用效应随之不断积累，造成边缘部位竖向构件较快进入破坏状态，严重者造成结构局部倒塌，甚至引起整个结构破坏倒塌，这种扭转破坏机制较难实现整体结构延性耗能，对建筑结构抗震十分不利，设计必须加以控制。

建筑结构不规则中扭转效应改善论文摘要：随着时代的进步和社会经济的发展，不规则的建筑结构往往是不可避免的。

因此，对不规则结构不应一味地排斥、拒绝，只要深入领会规范的精神，把握住工程的实际情况，抓住优化设计方案，合理选择计算方法和计算参数，认真分析薄弱部位和地震力调整，强化抗震措施等设计环节，就能使不规则结构的设计问题迎刃而解。

前言建筑平面不规则、抗侧力构件布置不当及质量分布非常不对称都会引起建筑质量中心和刚度中心之间的偏心，地震时导致扭转而产生严重震害。

国内外历次大震震害均表明扭转问题的重要性。

对于抗扭转效应比较差的结构，如何通过方案调整，使结构的周期比和位移比满足要求，成为工程设计中必须解决的重要课题。

以下结合一个具体的工程实例，提出如何改善结构的扭转效应。

1建筑结构不规则的特征建筑结构的不规则特征主要有四类：（1）平面不规则结构：扭转不规则；凹凸不规则；楼板局部不连续。

（2）竖向不规则结构：侧向刚度不规则；竖向抗侧力构件不连续；楼层承载力突变。

（3）复杂高层结构。

（4）超规范结构：超高结构；超限结构；新型结构。

2建筑结构不规则的控制参数结构的不规则性是由多方面原因造成的，为了对建筑结构的不规则性进行评测、分析、控制，规范提出了一些重要的控制参数。

2.1周期比，是结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比。

周期比是控制结构扭转效应的重要指标。

控制周期比的目的是控制结构扭转变形要小于结构平动变形，控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。

结构的周期比A级高层建筑不应大于0.9，B级高层建筑和复杂高层建筑不应大于0.85。

周期比不满足要求，主要通过改进结构设计方案，加强周边主体结构，弱化内部主体结构，提高结构抗扭刚度来解决。

2.2位移比（层间位移比），是指按刚性楼板假定计算楼层的最大水平位移（或层间位移）与该楼层两端平均水平位移（或层间位移）的比值。

位移比是控制结构不规则的重要指标。

建筑抗震设计中结构平面不规则内容的分析在建筑的抗震设计中，保证结构安全的最重要的一项内容就是建筑布置的合理性。

地震荷载作用下，建筑会先从抗震性能相对较差的位置开始受到破坏，并且这些位置的破坏会造成建筑结构整体抗震性能的降低，甚至造成建筑结构的整体倒塌。

建筑中存在平面不规则结构是造成建筑抗震性能薄弱的主要原因，这种不规则结构更容易在地震发生时遭受破坏。

为了提高建筑抗震设计水平，需要了解并掌握结构平面不规则的具体内容，防止出现建筑结构平面不规则的现象。

1建筑抗震设计中结构平面不规则1.1结构中平面的质量存在偏心现象在建筑结构中，如果楼层中存在截面尺寸不同的构件，就一定会出现平面质量偏心的现象。

即使是我们称之为质量对称的结构，也会因质量分布存在随机性的特点，并且建筑材料与施工质量存在一定的不确定性，同样会造成结构存在一定程度上的质量偏心。

我们将结构的自重设为一个随机变量，通过概率分析与计算，在只考虑质量分布不均匀造成的偶然偏心的情况下，可以认为将0.05倍垂直于地震作用方向边长作为偶然偏心距具有一定的保证率。

1.2结构中平面的刚度存在偏心现象在建筑结构的设计中，“名义刚度”出现在理想化模型中，是由构件弹性模量与截面尺寸通过计算而得出的刚度值。

而“实际刚度”则是在建筑施工结束后，结构在实际的约束条件与载荷分布下，载荷与位移的比值。

在建筑施工过程中建筑材料存在不稳定性，构件的尺寸也存在偏差，构件的受荷历程也有较大的差异，并且构件实际约束与理想化模型不同，受到这些因素的影响，建筑结构的实际刚度就会存在较高的不确定性。

即使是我们称之为对称的结构，其刚度也会在一定程度上存在刚度偏心的现象，造成结构的抗侧刚度的分布发生变化，而结构的扭侧刚度比与抗扭刚度等也会发生变化。

1.3结构中平面的强度存在偏心现象在建筑结构中，质量与刚度分布不对称属于直观的偏心现象，而结构中因抗侧力构件强度的差异造成的强度偏心通常不会被轻易发现，容易被忽略。

何时考虑双向地震与偶然偏心在抗震设计时，建筑结构的地震作用计算，在何种情况下应考虑偶然偏心的影响？在何种情况下应计算双向水平地震作用下的扭转影响？这一看似简单的问题，却有许多初学者（包括一些从事结构设计多年的老同志）在具体设计时也有被搞得晕晕乎乎、茫然不知所措的情形；考虑到此问题比较重要，且在应用中又存在较多疑问，现根据姜学诗先生编著的《混凝土结构设计问答实录》（机械工业出版社 2009.3版）的问题18以及一些其他设计资料编录如下：1.《砼高规》第3.3.3条规定：无论高层建筑结构的平面是否规则，在计算单向水平地震作用时，均应考虑质量偶然偏心的影响；高层建筑结构在采用底部剪力法计算结构的地震作用时，也应该考虑质量偶然偏心的影响；2.对于《抗规》中的建筑结构，《抗规》没有明确规定在计算单向水平地震作用时是否应该然偏心的影响，但是《抗规》在第5.2.3条就规则结构如何估计在水平地震作用下的扭转影响时作出如下规定：规则结构不进行扭转耦联计算时，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系数。

一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。

注：关于结构的“扭转刚度较小”的一般定义：一般是指框架--核心筒结构或类似的结构，当第一振型以扭转为主的振型TΘ时，或TΘ不为第一振型，但满足TΘ>0.7Tx1或TΘ>0.7Ty1时、对于较高的高层建筑，当满足TΘ>0.7Tx2或TΘ>0.7Ty2时，均属于扭转刚度较小的结构，应当考虑地震作用的扭转效应。

但如果考虑扭转影响的地震作用效应（例如，将地震作用效应乘以增大系数1.3）小于考虑偶然偏心引起的地震作用效应时，应采用后者，以保证抗震设计的安全，但两者不应当叠加计算，通常取两者的最不利计算结果来进行结构设计。

由于SATWE软件在进行结构地震作用计算时，会自动按扭转耦联计算，故当采用SATWE软件进行结构分析计算时，对于平面规则的建筑结构，根据《抗规》第5.2.3条的规定，实际上可以不必将地震作用效应乘以增大系数来考虑扭转的影响。

关于结构对扭转不规则控制方法的讨论摘要：这几年伴随着苏州经济的腾飞，在市区，园区，以及新区你都能看到很多形状各异的高楼大厦在不断的拔地而起。

可是建筑外形越复杂，平面凹凸越严重，那对于建筑本身的结构整体性能的控制条件也就越严格。

可是做设计的都知道，在抗震规范要求：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，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。

可是对于那些平面凹凸不规则，竖向刚度不规则的结构很难满足这些要求，因此这就给我们设计者带来很多矛盾，即要满足规范要求，又要满足建筑的外观可行性，在日常设计中如何找到这个平衡点就是我们为之努力的方向。

关键词：刚度比周期比位移比剪重比关于结构对扭转不规则的控制方法，主要从以下几个方面去控制：一，刚度比的控制：体现结构整体上下匀称度的指标。

二，周期比的控制：体现抗扭刚度的大小，不至结构地震时轻易产生扭转破坏。

三，位移比的控制：扭转不规则时的一控制参数，反映了结构的扭转效应。

四，剪重比的控制：保证结构有足够的抗剪能力（与抗震影响系数有内在联系),不至太脆弱。

以下对这四个方面分别进行阐述：刚度比的控制规范要求结构各层之间的刚度比，并根据刚度比对地震力进行放大。

规范对结构的层刚度有明确的要求，在判断楼层是否为薄弱层、地下室是否能作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等，都要求有层刚度作为依据，直观的来说，层刚度比的概念用来体现结构整体的上下匀称度。

高规的4.4.3条规定，抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相临上部楼层侧向刚度的70%或其上相临三层侧向刚度平均值的80%。

高规的5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。

转换层结构按照“高规”要求计算转换层上下几层的层刚度比，一般取转换层上下等高的层数计算。

层刚度作为该层是否为薄弱层的重要指标之一，对结构的薄弱层，规范要求其地震剪力放大 1.15，这里程序将由用户自行控制。

第1篇一、实验背景扭转实验是材料力学中研究材料扭转性能的重要实验之一。

通过实验，可以了解材料在扭转过程中的力学行为，为工程设计提供依据。

然而，在实验过程中，可能会出现一些问题，影响实验结果的准确性。

本文针对扭转实验中常见的问题进行分析，并提出相应的解决方案。

二、实验过程中常见问题1. 试样制备问题（1）试样尺寸不准确：试样尺寸对实验结果影响较大，尺寸不准确会导致实验结果偏差。

因此，在制备试样时，要严格按照实验要求进行加工，确保尺寸准确。

（2）试样表面质量差：试样表面存在划痕、毛刺等缺陷，会影响实验结果的准确性。

因此，在加工试样时，要注意保持表面光滑，避免产生缺陷。

2. 实验操作问题（1）加载方式不正确：加载方式不正确会导致实验结果出现较大偏差。

在实验过程中，应按照实验要求进行加载，确保加载方式正确。

（2）实验参数设置不合理：实验参数设置不合理会导致实验结果不准确。

在实验前，应仔细分析实验原理，合理设置实验参数。

3. 数据处理问题（1）数据记录不准确：在实验过程中，应准确记录实验数据，避免因记录错误导致实验结果偏差。

（2）数据处理方法不当：数据处理方法不当会导致实验结果出现较大偏差。

在数据处理过程中，应采用合适的数学模型和方法，确保数据处理结果的准确性。

三、问题分析及解决方案1. 试样制备问题（1）针对试样尺寸不准确问题，可以在加工过程中使用高精度的测量工具，如千分尺、游标卡尺等，对试样尺寸进行精确测量。

（2）针对试样表面质量差问题，可以在加工过程中采用研磨、抛光等方法，提高试样表面质量。

2. 实验操作问题（1）针对加载方式不正确问题，应严格按照实验要求进行加载，确保加载方式正确。

（2）针对实验参数设置不合理问题，应在实验前对实验原理进行分析，合理设置实验参数。

3. 数据处理问题（1）针对数据记录不准确问题，应提高实验人员的责任心，确保实验数据记录准确。

（2）针对数据处理方法不当问题，应选择合适的数学模型和方法，对实验数据进行处理，提高数据处理结果的准确性。

平面不规则高层结构的扭转分析与抗扭设计邓孝祥 张元坤 唐 可(广州容柏生建筑工程设计事务所 广州 510170)摘 要：本文首先分析了高层结构扭转破坏的机理、扭转变形的特点及引起结构扭转的因素，然后提出了平面不规则高层结构的抗扭设计方法与措施，最后通过工程实例阐述本文所述抗扭方法在实际工程的应用。

1 概述大量震害表明，结构平面不对称、不规则，极其容易造成结构扭转脆性破坏，严重者甚至导致整个结构倒塌。

1972年南美洲马那瓜地震中，两幢高层建筑的震害程度截然不同，其中十五层的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十八层美洲银行大厦却只受到轻微破坏 ；1985年墨西哥地震中，有50％的建筑物直接或间接地由于结构扭转发生破坏；1995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结构附加扭转破坏在临街建筑的震害中表现得最为突出；1999年9月台湾集集地震中，许多不对称的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转产生的破坏。

因此高层结构的扭转问题引起各国研究者的充分关注。

为了减少结构的扭转变形和提高结构的抗扭能力，我国学者和专家在研究并参考国外资料的基础上，在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）（以下简称《抗规》和《高规》）中都对结构扭转问题从周期比和位移比两方面做了相关的规定。

[1][2] 2 结构扭转破坏机理及扭转变形分析2．1 结构扭转破坏机理根据材料力学可知，当一个构件受到扭矩作用时，离构件刚度中心越远的地方剪应力越大，剪切变形也越大。

而在整体建筑结构中，当结构受到扭矩作用时，竖向构件将承受剪力。

如图1所示的一均匀对称的结构，质心和刚心重合于O 点，当结构受到一扭矩T，那么将在各柱中产生F1和F2的剪力。

其中离刚心远的柱受的剪力F1要大于离刚心近的柱受的剪力F2。