高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法 高翠

高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法高翠
摘要：随着我国科技与经济改革的不断发展与进步，对于高层建筑来讲，扭转
效应是建筑物遭受损害的主要因素之一，因此，我们在进行高层建筑结构设计时，一定要重视建筑结构的扭转问题，加强结构构件的抗扭刚度，运用有效的抗扭措
施合理布置各个构件，尤其对薄弱部位构件的设计。

本文针对高层建筑结构设计
中的抗扭转效应进行了分析，并提出了相应的抗扭转措施，为今后开展这方面的
工作积累了一定的经验，使其建筑企业获得极高的经济效益。

关键字：高层建筑；结构设计；扭转效应；控制方法；
1.前言
我国设计师在高层建筑结构的设计中，因为建筑造型及建筑功能的需要，一
般存在着不少建筑平面及竖向规则性达不到规范要求的建筑物。

高层建筑结构设
计中扭转效应的控制得到了人们充分且广泛的关注，高层建筑结构设计中扭转效
应在此情况下，必须对结构体系进行优化，分析抗侧力结构布置必须对称、均匀，以及加的现有抗侧力构造的刚度等多方面，使其满足抗震的需求。

本文主要对高
层建筑结构设计中的扭转效应控制进行简要的分析探讨。

2.高层建筑结构设计中存在的主要问题
2.1高层建筑结构设计中扭转控制存在的问题
位移比计算时应注意，需要对楼面变形采用刚性楼板假定；最大值和平均值
的计算，取楼层平面内两端边的竖向构件变形进行计算，不考虑楼板悬挑部分；
偶然偏心和双向地震作用可不同时考虑，但应取两者的不利情况。

位移比设计计
算中，有时会遇到楼层位移比大于1.2，甚至大于《高规》限值1.4或1.5的情况。

a类结构仅在建筑物底部几层位移比超限，因结构底部平动位移很小，或者在带
剪力墙的结构中，在靠近嵌固端的位置，平动位移较扭转位移更快地趋于零，导
致出现位移比超限。

此时，如小震作用下计算的最大层间位移，不超过规范规定
的层间位移限值的1/3，构件承载力满足中震不屈服的要求，则建议可以适当放
松位移比的限值，但不应超过1.8；[1]。

2.2高层建筑结构设计中扭转控制的概述
现如今高层建筑结构设计中还存在很多问题，急需解决，因此，我们要加强
先进设计理论与先进技术的学习与应用，不断进行高层建筑结构设计中扭转效应
的控制方法的研发和探讨，使高层建筑结构设计更加适用、安全、可靠与经济。

扭转不规则在平面不规则类别中占第一位。

国内一些振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。

在实际工程中，由于建筑造型的要求、建筑场
地的限制或建筑功能的需要，在高层建筑结构设计中，大多数结构的平面布直和
坚向布直很难达到一规范所要求的规则标准。

此时，结构设计人员必须对抗侧力
结构布置进行优化调整，限制结构的平面扭转效应，使其满足规范要求[2]。

2.3结构扭转机理及扭转变形分析
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。

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[3]。

为了控制楼层变形皎购匀性，《抗规》和《高规》都做
了如下规定：虑单向偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移
或层间位移不宜大于该楼层水平或层间位移平均值的1.2倍，A类高层不应大于
该楼层水平或层间位移平均值的1.5倍，B类高层不应大于该楼层水平或层间位
移平均值的1.1倍。

3.高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法
3.1解决高层建筑扭转效应问题应坚持的根本前提
（1）应充分考虑高层建筑结构在地震作用下导致的偶然偏心问题，并结合高层建筑的高度等级，确定楼层中竖向构件的层间或最大水平的位移，当高层建筑
的高度为A级时，楼层的竖向构件的最大的水平位移和层间位移，通常应小于等
于楼层平均值的120%和150%；当高层建筑的高度为B级时，高层建筑楼层的竖
向构件的最大水平位移和层间位移应小于等于楼层平均值的120%和140%。

（2）当高层建筑结构的第一自振周期取决于结构设计的方式，如常见的高层
建筑结构一般以扭转和平动两种方式进行结构的设计。

但高层建筑的高度等级不
同时，两种结构设计方式的第一自振周期比也不相同，当高层建筑的高度为A级时，通常二者的比应0.9，当高层建筑的高度为B级时两者之比应小于0.85。

从
力学的方面考虑可知，若想构件的抗扭性能越强，则需使抗扭构件远离质心。

因
此为了增大抗扭性能在布置抗扭构件时，应当尽量外侧扩大抗扭构件的截面；并
在设计工程中，将抗扭结构质心刚心的偏心率尽量减小，从而减弱扭转效应。

[4]。

3.2建筑物外围尽可能布置抗侧力结构
某高层建筑，结构体系为框架剪力墙，抗震设防烈度为6度，IV类场地土，
丙类建筑，地上26层，地下1层，总高度96m，框架剪力墙抗震等级均为三级，采用ASTWE程序进行设计计算从力学基本概念可知，构件离质心越远，其抗扭刚度就越大，因此，建筑的外围需要多设置抗侧力的结构，以便在不添加抗侧力构
件的前提下，大大的增加结构的刚度。

如果将两端轴附近的剪力墙全部改为框架结构，则两端剪力墙改为框架后，
抗扭刚度大大减弱，位移比增大。

整个结构扭转、平动周期均增大。

由于两边剪
力墙同时删去，结构仍基本均匀、对称，故周期比基本不变。

除了在外围增加这
种抗侧力结构，还可以采用削弱核芯筒风度的办法来调整结构的周期比。

把结构
洞打在剪力墙核心的部位，保证结构的平均和分散的目标，要最好在原有的剪力
墙的中间开洞，不能接近两端，这样保证短肢剪力墙不出现，也不能有异形柱出现。

[5]。

3.3高层建筑防止结构平面过于狭长
（1）小高层结构使用框架这样的结构，第一要最大限度的把太过狭长的构造
脱开，如果建筑的专业不允许，是可以在大端的部分加大抗侧力刚度的方式来控
制扭转效应。

如条件允许，中间增加框架柱，即增加框架的跨数。

这些方法可以
增加梁的线刚度，也可显著增加结构的抗扭刚度。

（2）小高层使用框架剪力墙的结构体系，因为房屋的高度不是很高，剪力墙通常是在楼梯和电梯之间，这些抗侧力的构造通常是集中或者分布的不均匀，扭
转效应大，这种状况，一定要把中间那部分剪力墙的结构削弱，把外侧加上剪力墙，此时的抗侧力刚度又过大，这样不但浪费成本也不是必要的选择。

因此能采
用框架体系时，尽量不采用框架剪力墙体系，因为在地震烈度不大的地区采用框
架结构反而能满足《高规》控制抗扭效应的要求[6]。

4.结束语
当前的社会是一个技术及科技爆炸式发展的社会，高层建筑结构设计在初步
设计时就应在概念上减少地震作用下的扭转效应。

在实际工程中可以采取具体控
制方法。

控制结构的位移比、周期比，可以使结构的抗扭刚度得到明显增强，使
结构的刚度中心与质量中心尽可能重合，减少结构在地震作用下的扭转效。

未来
社会将是一个高科技、高质量的社会，人们对此抱着美好的憧憬的同时，是发展
现代经济的基础，展望未来，希望我们可以赋予岁月以文明。

参考文献：
[1]高远：高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法及优化[J]。

新网，2014-
08-14：31-32.
[2]沈玉科：如何看高层建筑结构设计中扭转效应的控制管理分析[J]. 赤峰学院学报（人文科学版）. 2015（10）：51-52.
[3]车书文：基于高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法与防范[J].大连民族
大学学报.2015（5）：10-11.
[4]甘雨伊：分高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法与应用[J].中国报.2014：24-25.
[5]李宇琪：基于高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法研究[J].大连海事学报.2016（5）：6-8.
[6]杜科：高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法与治理方案[J].中南民族大
学学报.2014（5）：17-18.。