一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型及其应用制造技术

一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型及其应用。本发明专利技术采用扭转位移比ξ表征模型。应用中，通过控制矩形平面结构两个方向的平动周期使其存在一定差异，即控制短向周期大于长向周期，来实现降低扭转效应的目的，突破了两个方向动力特性需要尽量保持一致的传统经验，降低了设计难度，改善了结构抗震性能。改善了结构抗震性能。改善了结构抗震性能。

【技术实现步骤摘要】
一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型及其应用


[0001]本专利技术涉及高层建筑结构设计


技术介绍

[0002]在GB50011
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2010《建筑抗震设计规范》的3.5.3条第3款规定：结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。实际工程中，当结构平面为矩形或椭圆时，往往出现两个主轴方向的振动周期有一定差异，即两向抗侧刚度差别较大。关于两个方向动力特性差别较大会带来的不利影响，3.5.3条的条文说明解释为：“考虑到有些建筑结构，横向抗侧力构件(如墙体)很多而纵向很少，在强烈地震中往往由于纵向的破坏导致整体倒塌，2001规范增加了结构两个主轴方向动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。”由上述解释可知，这一规定主要是为了要避免结构存在一个方向的抗震能力不足，在一些板式住宅剪力墙结构中经常出现这种情况，纵向由于开窗和采光需要，完整的墙体较少。本质上并非由于两个方向刚度有差异会导致不利，而是出于对结构整体刚度和承载能力大小的考虑，并且是为了防止“纵向偏弱”。当两个方向的刚度都能较好满足要求，仅仅由于建筑平面在一个方向较长导致两向平动刚度有差别时，尤其是当“长向较刚”时，是否也需要按照这一条进行控制规范中并无明确说明。另外，一般认为狭长平面易导致抗震不利，为此，JGJ3
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2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中对结构平面的长宽比做了相关规定。当结构平面长宽比较大时，经常导致两个方向刚度差别大，此时平面大长宽比和大的动力特性差异性两种效应的耦联会对结构的扭转产生什么样的影响尚不明确。/>[0003]两个主轴方向平面尺寸差别较大，即平面长宽比较大的情况除在多层框架结构或高层板式剪力墙住宅结构中较常出现外，塔式超高层结构当平面为矩形或椭圆形时，其两向尺寸也可能差别比较大,如深圳京基金融中心(矩形平面，98层，高441.8m)，在38层以上平面两个主轴方向的尺寸比例达到1.9；天津津塔(椭圆平面，75层，336.9m)，平面长短轴之比为1.7。在超限高层结构的抗震审查中，经常遇到结构两个方向的平动周期“宜相近”，而设计中经常较难实现，即使最终做到也不一定经济合理。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，首先公开一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型，其特征在于，采用扭转位移比ξ表征，所述扭转位移比取两个方向结果的包络值
[0005][0006]所述扭转位移比ξ与三个参数相关，即偏心率γ、长宽比η1、两个方向平动周期比η2。
[0007]所述的一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型，其特征在于，通过控制相关参数获得式(9)扭转位移比ξ最小值：当偏心率γ一定，η1η2为1.0时，ξ值最小。
[0008]一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型的应用，其特征在于，矩形结构扭转效
应偏心率模型在高层建筑结构设计领域内的应用价值。
[0009]所述应用，其特征在于，平动周期比η2与平面长宽比η1的乘积η1η2等于1.0时理论上扭转效应是最小的，通过调整结构方案，使所述乘积尽量接近1.0来降低扭转效应。
[0010]所述应用，其特征在于，进一步的，所述通过调整结构方案，使平动周期比与平面长宽比的乘积接近1.0，具体分为三种情况：
[0011]1)当所述乘积η1η2显著大于1.0，且平动周期比η2也大于1.0时，结构的方案是非常不合理的，通过增加长方向刚度调整方案；
[0012]2)当所述乘积显著小于1.0时，结构方案也是明显不合理的，通过增加短向刚度，或适当降低长向刚度来调整方案；
[0013]3)当所述乘积大于1.0，且平动周期比η2小于1.0时，结构方案存在优化空间，可根据其它整体指标满足规范的情况(包括承载力、水平位移、整体稳定等各项指标)确定是否调整结构方案。
[0014]所述应用，其特征在于，情况1)中，所述乘积η1η2>1.5。
[0015]所述应用，其特征在于，情况2)中，所述乘积η1η2<0.8。
[0016]所述应用，其特征在于，情况3)中，可根据其它整体指标满足规范的情况(包括承载力、水平位移、整体稳定等各项指标)确定是否调整结构方案，具体是指通过调整结构方案如增大或减小一个方向的侧向刚度时，需要同时保证结构的其它指标也满足规范的相关要求，避免因为调整结构方案带来其它指标的恶化。
[0017]本专利技术的另一目的在于提供一种矩形平面高层结构地震扭转控制方法，对于长宽比较大的高层建筑结构，通过控制结构两个方向的平动周期使其存在一定差异，达到降低结构在地震中扭转效应的目的。本专利技术相较于要求此类结构在“两个方向动力特性保持一致”的传统做法，使得设计更加合理经济，抗震性能更优。
[0018]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种矩形平面高层结构地震扭转控制应用方法，其特征在于，包括：
[0019]S1，根据结构主要楼层平面尺寸，计算得到两个主轴方向的平面长宽比；
[0020]S2，对结构进行动力特性分析，分别获得两个主轴方向的一阶平动周期；
[0021]S3，将S2所述两个主轴方向的平动周期相除得到平动周期比；
[0022]S4，将S3所述平动周期比和S1平面长宽比代入本专利技术提出的扭转效应模型，得到扭转位移比；
[0023]S5，当S4扭转位移比不满足规范要求或者需要进一步降低扭转效应时，可调整结构方案，改变两个主轴方向的平动周期比，使平动周期比与平面长宽比的乘积接近1.0，实现扭转效应降低。
[0024]所述的一种矩形平面高层结构地震扭转控制方法，其特征在于，在S3中，在通过两个主轴方向的平动周期相除得到平动周期比时，需要将长轴方向的平动周期作为分子，短轴方向的平动周期作为分母，所得平动周期比可能大于1.0，也可能小于1.0。
[0025]所述的一种矩形平面高层结构地震扭转控制方法，其特征在于，在S4中，所提出的扭转效应简化理论公式中包含三个参数，即平面长宽比、平动周期比和偏心率，在偏心率一定的情况下，平面长宽比和平动周期比的绝对值以及相对大小共同决定了结构扭转效应的大小；且该表达能够给出地震沿两个方向作用时扭转位移比的最大值。
[0026]综上所述，在本专利技术提供的一种矩形平面高层结构地震扭转控制方法中，对于长宽比较大(长宽比>1.5)的矩形平面高层建筑结构，通过控制结构两个方向的平动周期使其存在一定差异，达到降低结构在地震中扭转效应的目的。对于此类结构不再追求“两个方向动力特性一致”的传统做法，计算控制结果可靠，设计更加合理经济，抗震性能更优，可以为超高层建筑结构的方案设计提供理论支撑。
附图说明
[0027]本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本专利技术，而不对本专利技术的范围构成任何限定。其中：
[0028]图1是本专利技术结构扭转力学模型平面简图；
[0029]图2是本专利技术实施例提供的矩形平面高层结构地震扭转控制方法的步骤图；
[0030]图3是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型，其特征在于，采用扭转位移比ξ表征，所述扭转位移比取两个方向结果的包络值所述扭转位移比ξ与三个参数相关，即偏心率γ、长宽比η1、两个方向平动周期比η2。2.如权利要求1所述的一种矩形平面高层结构扭转效应控制模型，其特征在于，通过控制相关参数获得式(9)扭转位移比ξ最小值：当偏心率γ一定，η1η2为1.0时，ξ值最小。3.一种权利要求1或者2模型的应用，其特征在于，矩形结构扭转效应偏心率模型在高层建筑结构设计领域内的应用价值。4.如权利要求3所述应用，其特征在于，平动周期比η2与平面长宽比η1的乘积η1η2等于1.0时理论上扭转效应是最小的，通过调整结构方案，使所述乘积尽量接近1.0来降低扭转效应。5.如权利要求4所述应用，其特征在于，进一步的，所述通过调整结构方案，使平动周期比与平面长宽比的乘积接近1.0，具体分为三种情况：1)当所述乘积η1η2显著大于1.0，且平动周期比η2也大于1.0时，结构的方案是非常不合理的，通过增加长方向刚度调整方案；2)当所述乘积显著小于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建龙，安东亚，包联进，王洪军，
申请(专利权)人：华东建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：