综述当今建筑结构设计中的抗扭抗震要点

张磊　王涛

【摘 要】地震给人类带来的灾难除了房屋倒塌，掩埋人类财务以外，还会砸伤和围困人类，严重威胁人类生命。然而近几年来，我国多个地区开始频繁发生地震，房屋倒塌、山洪崩裂等对人类的生命和财产安全造成严重的影响。为了减少地震的影响灾害，巩固建筑物的结构骨架，提高建筑物的施工质量，现对建筑工程结构设计的抗扭抗震要点作详细探析，供相关人员参考。

【关键词】建筑结构设计；抗扭要点；抗震要点；探析

近年来，国内多个地区地震频发。多项研究结果表明，对于在地震中发生倒塌的建筑物来说，其之所以发生倒塌的主要原因是因为地震不仅给建筑施加了平移和剪切作用，还给予了建筑一个扭转力。这个扭转力便刚好是影响并破坏建筑结构，甚至造成建筑倒塌的罪魁祸首。既然清楚了建筑在地震中倒塌的原因，那么为了防止在以后的自然灾害中再次出现建筑倒塌现象，我们需要从建筑的结构设计入手，以克服扭转效应和平移剪切作用为目的，设计出抗震抗扭的建筑结构，提高建筑结构的稳定性。下面对建筑抗扭抗震结构的设计要点作详细论述。

1.引起建筑结构产生扭转效应的因素

研究表明，建筑结构，尤其是高层建筑结构变形、破坏，甚至倒塌现象的原因大多是因为扭转引起的，因此，为了保证建筑结构稳定性，提高建筑整体质量，就必须在设计施工中加强建筑结构的抗扭转能力。而对于引起建筑结构发生扭转效应的因素主要包括：

1.1外界因素的干扰

以地震为例，一般来说，处于震区的建筑都会在地震发生时产生扭转效应。这是因为地震发生时，由于地壳运动，地面会随之进行运动，这时地面不仅会产生平动分量，还会产生转动分量，而地面在运动中所产生的转动分量便是引起地面建筑结构发生扭转的主要原因。鉴于此，针对外界干扰这一影响因素，我们大可采用计算出地面运动分量和地震扭转分量，并在此基础上加强建筑主体结构施工质量，提高建筑结构稳定性的方式，来避免建筑扭转的发生。但实际情况却是，由于我国地震观测技术不足，观测条件复杂，所以对地面运动分量和地震扭转分量的计算工作并不能得到有效实施，从而使得国内现有的抗震规范不完整。

1.2建筑结构本身原因

除了外界因素的干扰之外，建筑结构本身也可能是引起建筑扭转的主要原因之一。通常情况下，地震发生时，建筑结构除了会受到平移方向上的剪切作用以外，还会因地面运动和扭转而围绕结构刚度中心发生扭转，从而造成结构破坏。如果不考虑地震扭转分量的影响，假设建筑结构内部的刚度中心没有和结构的质量中心重合，那么该建筑结构必然会因自身重力原因而发生扭转。又或者，建筑结构的刚度中心与质量中心重合了，但是两者并不在同一轴线上，在这时，如果地面存在运动分量和扭转分量，该建筑结构仍然会发生扭转振动。由此来看，如果要在建筑结构本身上找原因，那么建筑结构刚度的均匀与否便是决定建筑结构是否会发生扭转的关键因素。

2.结构扭转的性质

高层建筑结构在地震荷载作用发生扭转破坏时，会加大建筑抗推刚度较弱的一侧的位移，并使其剪力增加，破坏程度加重，如果建筑的每层平面布置不尽相同，有些柱子上、下错位或形状和长边方向改变，这样可能造成地震时底层柱折断而导致上层整体塌落。当结构平面形状不规则时，产生破坏时交叉斜裂缝的宽度可达100mm。对单一受扭构件的破坏的研究表明，少筋及超筋构件以脆性形式破坏，而且破坏是突发性的，没有明显塑性变形，而适筋受扭构件以延性形式破坏，破坏具有明显的塑性变形过程。

结构扭转设计控制方法及措施：引发高层建筑结构的扭转振动的因素众多，包括地面的运动、建筑物质量和刚度分布的不均匀、计算分析的误差以及抗扭构件的脆性破坏等，这些使得扭转振动在所难免。在设计中应尽量改善结构扭转效应，并在构造上采取一定措施来减小扭转。

3.建筑结构设计中的抗震抗扭要点分析

3.1建筑结构的平面和立面布置

3.1.1平面布置

地震区的高层建筑，最好采用圆形、方形或矩形平面，椭圆形、扇形、正六边形、正八边形也可以采用。虽然三角形平面看起来也比较简单和对称，但它并非沿主轴方向都对称，地震时也易产生较强的扭转振动，所以地震区高层建筑的现状尽量避免采用三角形。此外，带有较长翼缘的L形、U形、H形、T形、十字形、Y形平面也不宜采用，因为此类平面在地震时容易发生差异侧移而使震害加重。

3.1.2立面布置

地震区高层建筑的立面也尽量采用矩形和梯形等均匀的几何形状，不宜采用带有突然变化的立面形状，因为形状突变会引起质量和刚度的剧烈变化，致使该突变部位在地震时因塑性变形集中效应而加重破坏。在地震区尤其不宜出现倒梯形建筑和大底盘建筑，但这两种建筑形式是比较流行的。倒梯形建筑虽然建筑风格比较时尚，但其在质量、刚度和强度分布上均不符合抗震设计原则，它的上部质量大而下部质量小，使得重心偏高，增加了倾覆力矩：上部剐度大而下部刚度小，相对增大了底层的薄弱程度。许多大底盘高层建筑，在低层裙房与高层主楼相连处容易引起刚度突变，使主楼底部楼层变成相对柔弱的楼层，容易在地震中因塑性变形集中效应而导致严重破坏。

3.2改善扭转效应

总的来说，就是要做到削弱中间、加强周边。具体可从以下几个方面来改善扭转效应：

（1）建筑平面总体布置应规则、对称，具有良好的整体性。

（2）建筑的立面形状应规则，竖向抗侧力构件的材料强度和形状尺寸从上到下应逐渐增加，避免其刚度和承载力突变。

（3）增加远离质心处的剪力墙厚度，尽量使刚心接近质心，减小偏心率。

（4）平面凹凸不规则处应加拉梁或增设拉接楼板。

（5）尽量加大周边构件截面，以增加整个平面的抗扭刚度。

3.3抗扭措施

（1）根据建筑具体高度来选择适宜的结构类型。

（2）确保框架一剪力墙基础具有良好的整体性和刚度。

（3）框架结构和框架一剪力墙结构中，梁中线与柱中线、柱中线与剪力墙中线之间的偏心距不宜过大，并且框架和剪力墙均应双向设置。

（4）剪力墙的设置宜贯通房屋全高，其横向与纵向墙体应相连：较长房屋中的纵向剪力墙不宜设置在端开间，应设置在墙面不需开大洞口的位置.剪力墙上的洞口宣上下对齐。

（5）调整后的框架的角柱的剪力设计值和组合弯矩设计值还应乘以一个增大系数，并且其值不小于1.1。

（6）一级剪力墙的底部加强部位及以上一层的截面组合的弯矩设计值，应采用墙肢底部截面组合弯矩设计值，而其余部位设计值应乘以增大系数1.2。

（7）各级剪力墙底部加强部位的截面剪力墙设计值均应乘以相应的增大系数，一、二、三级的增大系数分别为1.6、1.4、1.2。

4.结束语

总而言之，扭转振动是引发建筑结构倒塌的直接因素。建筑设计和施工人员在进行建筑工程的结构设计时，为了保障建筑结构的稳定性，务必要对建筑结构的抗震抗扭设计加以重视。只有在了解和熟悉了建筑结构的扭转原因以及扭转性质以后，才能通过研究和探索来掌握相关的建筑结构扭转理论和扭转分量的计算方法，并在其基础之上，采取积极、有效的措施对建筑结构所发生的扭转效应进行控制，达到提高建筑抗战抗扭能力，保障人们生命和财产安全的的目的。 [科]

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