建筑结构扭转的成因及其在抗震设计中的应用

【摘 要】建筑结构的质量问题一直为社会各界所关注，尤其是近些年来，地震灾害频发，建筑物在地震中的损毁情况比较严重，对人们的生命财产安全造成了很大的威胁，所以要在建筑结构的设计阶段就采取有效的控制措施，增强其抗震的结构扭转强度，提高稳定性，从而有效降低在地震中的损毁程度。本文重点论述了建筑形成扭转现象的成因，同时根据实际的情况提出了一些解决的措施，以期能够为相关的实践提供些许理论基础。

【关键词】建筑结构；扭转成因；抗震设计；有效措施

建筑结构的扭转问题通常会导致建筑不同程度的破坏，增强建筑物的抗扭强度是有效抵御地震所带来的房屋风险的有效途径，同时也是现代社会中的建筑设计的重要环节，克服扭转效应的根本在于找到产生这种问题的原因，首要在于建筑的位置布局的不科学性，其次是从建筑本体入手来探寻影响建筑结构稳定性的因素。

一、建筑结构中的扭转现象的基本情况

建筑结构之所以会出现扭转的现象关键的成因在于布局的不合理性，在建筑设计阶段的位置安排方面受到地势、地形、风力、重力的影响，建筑物就会逐渐出现扭转的问题。还有一些建筑物表面凹凸不平，并且为了追求视觉上的震撼力，建造成不规则的形状，对称性比较差，长时间以来的平衡力就逐渐变弱，受到外力的作用就很容易发生变形的问题。

当地震来临的时候，地面的稳定性非常差，且不通的地面就有不同的差别性，地面产生一定的转动分量，这个力是导致建筑物发生扭转的直接动力。另外当建筑物本身的刚度达不到要求的时候，也会造成建筑物的大幅度扭转。建筑物的刚度中心和质量中心不再一条直线上的时候，就会引起建筑结构的扭转震动，地震发生时地面运动激烈，地面运动时产生的扭转分量以及活荷载的偏心力等因素共同作用于建筑物而造成建筑的严重损毁。建筑物的平面刚度是决定建筑扭转程度的关键因素，而决定建筑物平面刚度的是建筑结构布置中的剪力墙是否科学合理。

建筑遭受地震作用的过程中发生扭转，同时伴有一个扭转作用力，该力会进一步增大建筑抗推刚度，建筑物的主要作用力就会向建筑整体性较差的一边倾斜，扩大剪力的强度，导致建筑物的破坏程度更加地严重。倘若建筑物的在水平方向上的受力是不均匀的，那么，刚度大的一端就会倒向刚度小的一端，造成建筑结构的坍塌。在地震多发地区，建筑设计方案应多采用圆形、方形或矩形平面，稳定性比较高，椭圆形、扇形、正六边形、正八边形也可以采用。此外三角形平面虽然也比较简单大方，具有良好的对称性，但它并非沿主轴方向都对称，发生地震的时候也非常容易发生较大的扭转振动，另外带有较长翼缘的L形、U形、H形、T形、十字形、Y形平面建筑也不适合用在地震多发地区，带长翼的建筑平面在发生地震的时候会产生侧移压力，破坏力增强。

地震区建筑的立面也不要使用矩形和梯形等均匀的几何形状，不要使用带有突然变化的立面形状，形状的突变导致质量和刚度的强烈变化，突变部位会在地震中因塑性变形，加重破坏力。在地震区也不能出现倒梯形建筑和大底盘建筑，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，它的上部质量大下部质量小，重心偏高，加大了倾覆力矩，上部刚度大而下部刚度小，增大了底层的薄弱程度。许多大底盘建筑，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致使破坏力加重。

二、建筑结构中的扭转设计的应用方式

造成建筑结构发生扭动的原因不止一个，这些原因中包括地面的运动情况，建筑物本身的质量，建筑物自身的钢筋混凝土结构的分布欠缺一定的合理性，在对建筑物进行设计与分析时候的往往忽略了抗扭度构件的科学标准，所以要对建筑结构的扭转程度要进行科学的设计，以便保证建筑物的使用寿命。具体在实践上采取的措施主要体现在以下几个方面：

第一点是不断改善建筑结构的扭转效应，从总的框架上来说，首先要确保建筑物具有完整的整体性，这包括建筑物的平面布局应该是具有一定的规则性的，同时具有良好的对称性，结构上比较均匀，这样就可以增强建筑物在地震中的稳定性。建筑物立面的形状也应该是有很强的规则性的，建筑整体在竖向抗测力构件上的材料强度应该从下到上呈现出一种递减的趋势，建筑的形状最好是上面小些，下部稍微大一些，这样有利于在地震中“扎稳底盘”，保持良好的稳固性，也可以承受比较大的刚度，同时可以适应比较大的承载力的突变。可以通过加大和质心相距比较远的剪力墙的厚度来降低建筑物整体的偏心率，从而增强了其稳定性。假如建筑物自身的刚度非常大，那么就在结构本身开辟一些小洞来降低建筑物的偏心程度。当建筑物的表面非常的不光滑凹凸不平的时候，在形状不规则的地方可以增加一道拉梁，也可以增加起到拉接作用的楼板，通过这样的方式就可以有效增大建筑体周边构件的横截面即，同时也就等于加强了所添加物件平面的抗扭强度，建筑物的扭转效应就会得到很大的改善。

第二点是加强建筑物本身的抗扭措施。在设计阶段就做好该方面的准备工作，尽量依据建筑物的真实高度来设计合适的结构类型，满足建筑物本身的承受力，在这一过程中一定要确保钢结构框架和剪力墙的承接结构基础的整体性是非常牢靠的，刚度值最好达到国家的标准。在建筑物的内部，框架和剪力墙之间的距离要控制得当，尤其是建筑内部的梁中线和柱中线之间、柱中线和剪力墙中线之间的距离不应太大，那样会导致偏心距的值不断扩大，并且建筑框架和剪力墙在设置的时候应该充分考虑其均衡性。建筑的剪力墙在设计的时候其高度控制应该和房屋的高度是持平的，在横向的设计上要与纵向的墙体相互连接在一起，如果房屋本身的长度比较大，则在设计纵向剪力墙的时候需要设置在墙面无需大开洞口的位置处，而不能设计在端开处，在剪力墙上分布的洞口应该上下对齐，充分保证受力的均衡。当对建筑结构框架进行调整之后要保证结构中的剪力设计值与组合弯矩的设计值还要再乘以一个增大的系数，这个值要大于1.1才能够保证建筑抗扭的稳固性。另外的抗扭措施还包括当建筑结构一级剪力墙的底部和一层以上的截面积组成的弯矩值的算法应该是用墙肢底部的截面组合弯矩设计值作为标准，其余的部分在计算设计值的时候都应该再乘以增加系数1.2才能充分保证建筑的抗扭强度。此外还要将建筑整体的长、宽、高的比例都协调好，将建筑的基础打牢，同时要在适当的范围之内扩大边柱、角柱和剪力墙端柱的纵向钢筋面积，提高建筑的抗压强度。

三、结束语

综上所述，在建筑物受到地震强烈影响的过程中，首要阻碍因素就是扭转效应，它在降低建筑物的抗震能力的同时还降低了建筑物的使用寿命所以设计者在进行建筑设计的时候要格外关注建筑的扭转程度，在设计的初级阶段就认真综合全方面的因素加以考虑，同时还要依据建筑的施工特点和周围环境的要求来做好计算与规划工作，确保建筑的抗震性能可以达到相关的标准，为人民群众的生命财产安全奠定良好的基础。

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