“规则”结构“自旋转”的现象与分析

“规则”结构“自旋转”的现象与分析

上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司

摘要:本文以工程中常见的结构平面为例,简单探讨了规则对称框架结构,规则对称框架-核心筒结构,产生“自旋转”即扭转不规则的原因。提出了抗扭的设计思路,明确了通过弱化中心,加强周边构件的原则,这一方法有效控制了结构的扭转,满足了结构受力的需要。用弹塑性静力推覆分析软件EPDA&PUSH模块对案例结构进行对比分析。

关键词:规则结构,自旋转,扭转不规则,抗扭分析

引言

建筑结构的平立面规则性是建筑抗震设计的重要控制指标。国内外大量地震破坏表明,结构平面不对称、不规则、不连续容易诱发结构破坏,甚至导致整体结构倒塌。

在《建筑抗震设计规范》中,特别给出几种常见的平面不规则形式如下图所示

结构平面不规则判别中,凹凸不规则,楼板不连续等比较直观,在实际设计中也为设计师所重视。但对平面看起来很规则的结构,往往放松了警觉。本文主要对“规则结构”不规则性进行讨论,特别是扭转不规则,它主要有两项扭转特性指标—扭转变形指标(位移比)和扭转周期指标(扭转周期比)。

1框架结构

框架常见于多层结构,一般设计师非常熟悉。如一些典型的非常”规则”的结构,特别是均匀布置的正方形平面,在一般设计师印象中,十分规则,各项指标堪称完美,不会和扭转不规则产生任何关系。但实际计算却发现有时并非如此。

结构布置方案:柱截面尺寸为800x800,梁尺寸为300x600,柱跨8m,板厚梁柱混凝土等级为C30,如下图从左到右,梁柱截面保持不变,跨度分别为3跨,6跨,12跨,18跨,荷载相同,均为单层结构。其主要结构计算指标,周期比与位移比的计算结果如下表(表A):

从上表可以看出,除了600柱模型外,各个模型性能点最大层间位移均满足规范要求的弹塑性位移[1/100]。各个模型性能点最大层间位移及性能点基底剪切力有以下规律:1200柱≈1000柱>800柱>600柱。这一结果与表D的计算结果相符合。表明抗扭能力与结构大震下抗震性能紧密相关。

4结论

即使是对称均匀布置的正方形平面,也可能会产生不规则的问题。特别是当x向,y向力学性能相近时,第三方向(扭转方向)就很容易成为主要受力方向,其扭转周期比也非常容易接近第一平动周期,甚至超过平动周期,在外力作用下容易形成以平面形心为圆心的“自旋转”,产生扭转不规则。在实际工程中,每一个工程都应认真对待,应该根据具体情况,仔细分析结构特点,避免出现薄弱环节,使结构的力学性能能力能充分发挥,满足规范的相关要求,实现了结构设计的目的。

参考文献

[1]中华人民共和国住房与城乡建设部.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]中华人民共和国住房与城乡建设部.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,20010.

[3]吕西林.复杂高层建筑结构抗震理论与应用[M].北京:科学出版社,2007

[4]林同炎.结构概念与体系[M].中国建筑出版社,1999

[5]中国建筑科学研究院.多层及高层建筑结构弹塑性静力、动力分析软件PUSH&EPDA用户手册及技术条件.2015.10

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