文曉峰

（深圳大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院西安分院，陜西 西安 710065）

建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)研究

文曉峰

（深圳大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院西安分院，陜西 西安 710065）

建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)的應(yīng)用還存在不少問(wèn)題需要完善，這是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步的必然產(chǎn)物，也是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然選擇。本文對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)中的一些理念及其應(yīng)用進(jìn)行了淺要的分析與探討。

建筑工程；結(jié)構(gòu)；抗扭設(shè)計(jì)

一、引言

近年來(lái)，建筑工程在當(dāng)今社會(huì)中占有越來(lái)越重要的地位，對(duì)于我國(guó)大多數(shù)城市或城鎮(zhèn)而言，都離不開(kāi)大量的建筑工程設(shè)計(jì)工作，而且其還在繼續(xù)地更新、發(fā)展和完善當(dāng)中，這樣一來(lái)，就使得一些之前的設(shè)計(jì)管理理念稍感落后，需要不斷更新自身理念，從而與其的迅猛發(fā)展保持一致，在這個(gè)過(guò)程中，如何提高建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)的理念及其在工程建設(shè)中的應(yīng)用也成為了諸多研究學(xué)家的關(guān)注熱點(diǎn)。

二、建筑工程結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)類型探究

受扭的現(xiàn)象在建筑工程結(jié)構(gòu)中大量存在，可是卻只有少量處于扭轉(zhuǎn)單獨(dú)作用的現(xiàn)象，基本上很多都屬于復(fù)合受扭。當(dāng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的抗扭性的過(guò)程中，因?yàn)榻ㄖ芘で闆r通常都不是特別簡(jiǎn)單，所以要將受扭結(jié)構(gòu)的性質(zhì)考慮進(jìn)來(lái)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐檢驗(yàn)可知，按照不同扭矩形成的原因，可以將結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)劃分為平衡扭轉(zhuǎn)和協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)兩種。

（1）平衡扭轉(zhuǎn)。這種扭轉(zhuǎn)指的是在建筑的構(gòu)造中由于平衡外力所引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。例如說(shuō)房梁，主要作用是對(duì)懸臂板起到支撐的作用，梁內(nèi)力量由于懸臂板外力作用難以重分布，在梁的設(shè)計(jì)中難以縮短扭矩。因此，通常在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須平衡梁的抗扭能力和外作用扭矩。

（2）協(xié)調(diào)扭轉(zhuǎn)。也就是在建筑工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，各個(gè)部件結(jié)構(gòu)間的彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)受到支撐構(gòu)建的制約時(shí)引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。例如，在樓面梁中的彎曲轉(zhuǎn)動(dòng)，由于彎曲變形的樓面引起不協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)邊梁時(shí)對(duì)這一點(diǎn)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的扭矩，并不是以外作用扭矩的平衡為目的。

按照不同的受扭特性的構(gòu)件進(jìn)行劃分，包含以下兩種類型的扭轉(zhuǎn)：

（1）自由扭轉(zhuǎn)。這種扭轉(zhuǎn)就是構(gòu)件在受到扭矩的作用力時(shí)，橫截面的變形并不會(huì)影響構(gòu)件每個(gè)橫截面的扭矩，這主要是由于橫截面變形對(duì)縱向的纖維不會(huì)產(chǎn)生影響，只受到分力，而沒(méi)有受到正向力。因此這種扭轉(zhuǎn)就是自由扭轉(zhuǎn)。

（2）翹曲約束扭轉(zhuǎn)。建筑工程結(jié)構(gòu)部件因?yàn)榕ぞ匦纬傻淖饔昧Χa(chǎn)生影響，如果截面彎曲變形會(huì)影響各個(gè)橫截面的扭矩，而且扭矩會(huì)因?yàn)椴煌笮〉膹澢榷兴煌?，引起變化的縱向纖維，因此，截面上同時(shí)接受正向力和剪向力，形成的作用力就是翹曲約束扭轉(zhuǎn)。

三、建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

1結(jié)構(gòu)的總體布置

（1）控制結(jié)構(gòu)的高寬比。在設(shè)計(jì)高層建筑整體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，通常設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)在于側(cè)向、偏向位移。這主要是因?yàn)閮A斜力會(huì)因?yàn)樵黾拥慕ㄖ叨榷杆僭鲩L(zhǎng)，因襲，設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)建筑寬度不能過(guò)小，否則將難以設(shè)計(jì)。一般而言，建筑最高設(shè)計(jì)是寬的5～6倍為最佳，當(dāng)對(duì)防震、防裂有比較高的設(shè)計(jì)要求時(shí)，必須更加嚴(yán)格的確定建筑的高寬。

（2）結(jié)構(gòu)的平面布置。如果建筑物比較長(zhǎng)，當(dāng)受到風(fēng)的作用力時(shí)，常常會(huì)因?yàn)椴痪鶆蚝突靵y方向的風(fēng)力形成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)或者彎曲樓板平面等。因此，必須嚴(yán)格限制建筑物的長(zhǎng)度，以此防止樓板變形產(chǎn)生復(fù)雜的受力。如果設(shè)計(jì)防烈度為6～7度時(shí)，其長(zhǎng)寬要在6的范圍內(nèi)；如果防烈度等于或者超過(guò)8時(shí)，長(zhǎng)寬必須在5的范圍內(nèi)。不管是板式還是塔式高層建筑，都應(yīng)盡可能使用規(guī)則、對(duì)稱、單一的平面，這樣可以有效防止受到復(fù)雜力和扭轉(zhuǎn)力的影響。為了更好地重疊結(jié)構(gòu)剛度中心和質(zhì)量中心，降低扭轉(zhuǎn)作用力，偏心距應(yīng)該設(shè)置在垂直于外力作用線邊長(zhǎng)的5%的范圍內(nèi)。

（3）結(jié)構(gòu)的豎向布置。在設(shè)計(jì)建筑的縱向方面上，結(jié)構(gòu)的剛度、均勻平衡性和連度性也是需要重視的因素。盡可能防止結(jié)構(gòu)斷接和突變。在多地震帶，杜絕采用底部軟弱層的框架，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)全部都是由框支剪力墻構(gòu)成的，由剪力墻突斷的中部軟弱層結(jié)構(gòu)也是不能使用的結(jié)構(gòu)。

2抗扭配筋構(gòu)造

雖然鋼筋架構(gòu)不能用作防范由于扭矩力構(gòu)件產(chǎn)生的裂縫，但是如果適度用在結(jié)構(gòu)中，在一定程度上可以限制構(gòu)件受到重力引發(fā)的裂縫寬度，進(jìn)而支撐鋼筋，最終保證結(jié)構(gòu)部件受力能力符合設(shè)計(jì)要求，防止預(yù)先被破壞。

（1）箍筋的形式。因?yàn)榻ㄖ考兒团まD(zhuǎn)常常會(huì)造成四個(gè)側(cè)面出現(xiàn)裂縫，所以通常設(shè)計(jì)封閉式結(jié)構(gòu)進(jìn)行箍筋，保證裂縫面上角部的外部推力維持平衡的狀態(tài)。

（2）箍筋的間距。因?yàn)闃?gòu)件會(huì)受到純扭轉(zhuǎn)力的影響，被損壞面的斜線裂縫會(huì)和縱軸呈45°左右，因此在設(shè)計(jì)箍筋結(jié)構(gòu)時(shí)，我們要保證最大距離要在截面寬度范圍內(nèi)，有效保證各個(gè)斜線裂縫至少中間穿過(guò)一根鋼筋。

（3）箍筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。當(dāng)前，我國(guó)基本上在運(yùn)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部件時(shí)，都是采用冷拔低碳鋼絲和一級(jí)光面鋼筋，如果截面因?yàn)楫a(chǎn)生較大的剪力和扭轉(zhuǎn)力就可以采用二級(jí)變形鋼筋。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)可知，設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性可以充分發(fā)揮以上一、二級(jí)鋼筋的韌性和剛度。

（4）縱筋的直徑和間距?？v筋因?yàn)榕ぞ刈饔玫挠绊?，受到拉力和銷栓力的作用，而且因?yàn)樾眽毫π纬傻耐馔评硪矔?huì)作用于角部縱筋。根據(jù)我國(guó)相關(guān)工程的實(shí)際案例，通常縱筋直徑要大于10mm，也有少數(shù)案例會(huì)使用8mm，縱筋間距通常要小于300mm，以此保證裂縫寬度受到合理制約。

（5）抗扭鋼筋的配置范圍。通過(guò)實(shí)踐可知，構(gòu)件因?yàn)榕ぞ刈饔玫挠绊?，縱筋必須與箍筋同時(shí)受力，因此保證扭轉(zhuǎn)力的作用充分發(fā)揮。因此，必須按照縱筋的延展長(zhǎng)度來(lái)確定箍筋的延伸長(zhǎng)度。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)的理念及其在工程建設(shè)中的應(yīng)用是緊密相連且不可分割的，而就目前來(lái)說(shuō)，因?yàn)楦黝愒虻拇嬖?，建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)的應(yīng)用還存在不少問(wèn)題需要完善，這是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步的必然產(chǎn)物，也是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然選擇。而充分做好建筑工程結(jié)構(gòu)抗扭設(shè)計(jì)是一項(xiàng)有著一定難度的工作，這離不開(kāi)建筑工程中健全而完善的設(shè)計(jì)管理體系。

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