单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,上海理工大学环境与建筑学院土木与建筑专业 刘义,平面不规那么高层结构的破坏实例及分析,大量震害说明，结构平面不对称、不规那么，极其容易造成结构扭转脆性破坏，严重者甚至导致整个结构倒塌。1972年南美洲马那瓜地震中，两幢高层建筑的震害程度截然不同，其中十五层的中央银行大厦因抗侧力构件不对称布置而发生倒塌，而采用对称外框内筒结构的十八层美洲银行大厦却只受到轻微破坏.,马那瓜中央银行大厦,试问：,那一幢破坏严重呢？,马那瓜美洲银行大厦,1,）平面不规则,4,个楼梯间偏置塔楼西端，西端有填充墙。,4,层以上的楼板仅为,5cm,厚，搁置在高,45cm,长,14m,小梁上。,2,）竖向不规则,塔楼上部（,4,层楼面以上），北、东、西三面布置了密集的小柱子，共,64,根，支承在,4,层楼板水平处的过渡大梁上，大梁又支承在其下面的,10,根,1m,1.55m,的柱子上（间距,9.4m,）。上下两部分严重不均匀，不连续。,主要破坏：第,4,层与第,5,层之间,(,竖向刚度和承载力突变,),周围柱子严重开裂，柱钢筋压屈；,横向裂缝贯穿,3,层以上的所有楼板,(,有的宽达,1cm),直至电梯井东侧；,塔楼西立面、其他立面窗下和电梯井处的空心砖填充墙及其它非结构构件均,严重破坏或倒塌。,震后计算分析结果,:1.,结构存在十分严重扭转效应,;2.,塔楼,3,层以上北面和南面大多数柱子抗剪能力大大不足,率先破坏；,3.,水平地震作用下,柔而长的楼板产生可观的竖向运动等。,马那瓜,中央银行大厦,结构是均匀对称的，基本的抗侧力体系包括,4,个,L,形的桶体，对称地由连梁连接起来，这些连梁在地震时遭到剪切破坏，是整个结构能观察到的主要破坏。,分析表明：,1.,对称的结构布置及相对刚强的联肢墙，有效地限制了侧向位移，并防止了明显的扭转效应；,2.,避免了长跨度楼板和砌体填充墙的非结构构件的损坏；,3.,当连梁剪切破坏后，结构体系的位移虽有明显增加，但由于抗震墙提供了较大的侧向刚度，位移量得到控制。,美洲,银行,结构扭转破坏机理及扭转变形分析,一、,结构扭转破坏机理,根据材料力学可知，当一个构件受到扭矩作用时，离构件刚度中心越远的地方剪应力越大，剪切变形也越大。而在整体建筑结构中，当结构受到扭矩作用时。竖向构件将承受剪力。如图,1,所示的一均匀对称的结构，质心和刚心重合于,0,点，当结构受到一扭矩,T,那么将在各柱中产生,F1,和,F2,的剪力。其中离刚心远的柱受的剪力,F1,要大于离刚心近的柱受的剪力,F2,。也就是说当结构受到扭矩作用时，离刚心越远的竖向构件将承受越火的剪力。根据结构理论可知，构件的剪切破坏是脆性的。,目前结构设计均基于小震作用的组台内力进行配筋，中震和大震主要是通过良好结构构造如“强柱弱梁更强节点。强剪弱弯等构造措施来提高结构延性以到达耗散地震能量的目的。在中震和大震作用下产生的扭矩作用将明显增大竖向构件的剪力，这将造成竖向墙柱构件缺乏以抵抗水平剪力，从而导致结构竖向墙柱构件发生脆性剪切破坏，甚至导致整个结构倒塌的严重后果。,二、结构扭转变形分析,引起结构扭转效应的因素,一、地震波扭转分量,实际地震波存在六个分量，即除了X、Y、z三个水平分量外，还存在绕X、Y、z轴的三个扭转分量其中绕Z轴的扭转分量直接对结构产生扭矩。由于迄今为止，尚无法准测测定地震波的扭转分量。因此目前的结构抗震设计理论一般都是仅考虑x、Y向水平地震作用，对于大跨度或者大悬臂结构还需要考虑z向竖向地震作用，而没有考虑实际存在的地震波扭转分量的作用。这必然对结构的平安造成一定的隐患，甚至局部学者认为地震波扭转分量的作用是造成结构破坏的最重要因素,二、质心与刚心不重合产生的偏心矩,刚心的概念最早由著名结构专家美籍华人林同炎提出的。在假设楼板是刚性的前提下，对于单层建筑结构，水平力通过某一点，不产生扭转效应，此点称就是刚心。对于多层建筑刚心与单层建筑情况不同，一般是水平荷载和刚度分布的函数，即具有不确定性。当结构进入非弹性阶段，结构各局部构件的刚度是变化的，也就是说刚度中心也是变化的。,地震作用时，地震力可简化为集中在质心处的集中力F。当结构质心与刚心重合时，地震力F刚好通过刚心，这时候将不产生扭矩。而当结构质心与刚心不重合时，而是存在偏心距e如图3所示，这时在水平地震作用下不仅产生地震力F，而且还产生扭矩T=Fxe显然偏心距e越大，扭矩T也越大，扭转效应越明显。,三、平动一扭转藕联的放大效应,除了客观存在的偏心距外，?高规?还要求计算单向地震作用时应考虑5L的偶然偏心的影响。这主要是考虑由于施工、使用造成的附加偏心距及地震扭转分量等引起的不利影响。5L不是一个准确的数值，它是国内外通用的数据。是充分考虑扭转效应的一种方法，有利于验证和提高结构抗扭能力,结构的扭转效应十分复杂，而且扭转效应极易导致结构破坏，因此结构工程师必须在深刻理解结构破坏机理的根底上，从控制结构振动特性的角度出发，调整结构布置，使结构布置既满足建筑要求又使其计算结果满足标准和规程的结果，同时采用基于性能的抗震思想来进行结构抗扭设计，确保结构在地震作用下不发生扭转破坏。,结束语,