略谈建筑结构设计中的扭转效应

略谈建筑结构设计中的扭转效应
作者：常宏杰
来源：《魅力中国》2018年第17期
摘要：随着技术水平的不断提高，社会经济的快速发展，人们对高层建筑结构设计的要求也越来越高。

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。

关键词：建筑；结构；扭转效应
一、高层建筑结构设计中扭转效应的发生原因
所谓的扭转效应是计算建筑结构空间时，因项目工程结构不规则导致的结构位移。

需重视的是，建筑的扭转效应指的是项目工程的主体部分，在自然灾害发生时，将严重破坏工程结构。

调查结果显示，建筑结构设计中的扭转效发生原因主要包括这样几个因素：①外部因素。

从外部因素上来讲，地震波是造成扭转效应的重要因素，以面波、纵波、横波为主。

其中，面波会沿着地表结构蔓延，是破坏建筑工程的关键因素；横波会抖动地面，破坏性相对较强；②内部因素。

对于建筑工程来讲，工程抗扭转刚度小是引起扭转效应的主要原因，逆转刚度对建筑工程结构所产生的关键作用是结构的地震扭矩。

从力学角度上来讲，构建距离地质中心越远，抗扭转刚度也就越大。

当地震作用在建筑工程时，将产生一定的破坏力，且该破坏力作用于建筑工程，而不产生扭转效应时，该点被称之为刚心。

由此可见，刚心在建筑工程中并不是一成不变的，且随着相应因素的不斷变化而变化。

同时，地震作用在建筑工程时，若地质中心、刚心处于不重合状态，将不会发生扭转；若地质中心、刚心不重合出现偏心距时，将扩大扭转效应，影响高层建筑工程的施工质量。

二、高层建筑结构设计中扭转效应的控制原则和措施
（一）控制原则
国家所颁布的《建筑抗震设计规范》曾明确提出建筑工程结构平面的扭转要求，且建筑工程的结构技术规程也明确要求在考虑偏心地震的情况下，楼层之间的构件水平、层间位移，建筑工程的最高高度不能高于平均值的1.1倍；对于B级建筑工程来讲，其高度不能大于该楼层平均值的1.1倍。

从材料的力学角度上来讲，抗扭转构件距离地质中心越远，抗扭转刚度也就越大。

因此，在抗扭转构件的布置过程中，应根据实际情况适当加大构件截面，以增大抗扭转刚度；在对高层建筑的结构进行设计时，尽可能的减少工程结构的刚心、偏心率，进而减小建筑工程的扭转效应。

（二）控制措施
第一均匀、对称的布置抗侧力结构
在对高层建筑的抗侧力构件进行设计时，需严格遵循分散、均匀的原则，并尽最大限度的使工程结构刚度中心、质量中心处于接近状态。

若高层建筑工程位移比例无法满足建筑需求时，通常是由抗侧力结构未均匀、对称分布导致的。

比如：靠近建筑工程的一边布置剪力墙不均匀等。

一般情况下，房屋的动力功能是由建筑工程结构的设置决定的，只有保证建筑工程的结构设计满足抗震需求，工程结构布局科学、合理的设置，才能保证高层建筑结构耐性。

相反，高层建筑结构布局相对复杂，结构设计不符合标准，不但无法满足减震需求，还无法保证建筑工程的施工质量。

第二保证结构平面宽度
现阶段，相对小型的高层建筑结构平面狭长是建筑工程的常见问题，这种类型的建筑工程虽能满足用户需求，但仍不能从根本上规避安全事故，降低工程质量。

为有效预防上述现象的发生，可从这样几点进行：1.给予小型的高层建筑框架结构，尽可能的脱开相对狭长的构造。

若建筑工程专业不允许，可在工程的大端部分添加抗侧力刚度，以有效控制建筑的扭转效应。

若建筑工程专业允许，可在建筑工程中间适当添加框架柱，简单来讲就是增加框架跨数。

该方法的应用不但能增加建筑工程梁线刚度，还能提高项目工程结构的抗扭转刚度；2.给予相对小型的高层建筑框架剪力墙结构，因建筑工程房屋高度不是特别高，通常将剪力墙放置在电梯、楼梯之间，这些抗侧力构造一般处于集中分布状态，扭转效应相对较大。

在这种情况的影响下，需削弱中间部分的剪力墙，在工程外侧添加剪力墙，这时的抗侧力刚度过大，间接增大高层建筑工程的施工成本。

由此可见，若建筑工程中能使用框架体系，尽量不使用框架剪力墙体系，进而更好满足控制扭转效应需求。

第三平面扭转效应
地震发生时，因建筑工程结构设计不规则、结构扭转刚度低等因素的存在，导致建筑工程严重受损，影响施工质量。

但在对高层建筑结构进行设计时，将无法满足刚心、质心的重合需求，且工程结构的规则性设计也存在一定难度。

同时，因建筑工程场地、施工情况的限制，在空间的布局上也无法按照相应标准、需求设计。

故而，在高层建筑结构的设计过程中，要想有效控制扭转效应，应根据实际情况适当调整抗侧力结构，以满足抗震需求。

第四控制建筑结构的周期
比通过对高层建筑抗扭转刚度的适当调整，能从某种程度上改变抗扭转刚度、抗侧刚度，以有效控制高层建筑的结构周期比，提高建筑工程的抗扭转性能。

从实际情况上来讲，可从这样几点改变抗扭转刚度：①根据工程情况增加剪力墙厚度，以增强工程的扭转周期；②在对高层建筑结构的拉梁进行设计时，需适当增加拉梁刚度，进而实现缩短扭转周期、增强抗扭转强度的目标。

综上所述，伴随着经济水平的持续上涨，建筑业快速发展。

但从实际的工程施工上来讲，因扭转效应问题的存在，影响着工程的施工质量。

本文通过对高层建筑结构设计中的扭转效应进行分析得知，引起扭转效应的因素以内部因素、外部因素为主，故项目工程的结构设计过程中需根据实际情况调整抗扭转刚度，制定符合标准的结构设计措施，以在增强抗震性能的同时，消除地震的扭转效应，保证高层建筑工程的顺利施工。