高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施

高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施
摘要：随着社会的进步，人口的增加，高层建筑将成为日后主要建筑工程，在高层建筑结构中，设计人员对于其抗扭刚度尤为的重视。

本文介绍了扭转效应的概念入手，分析了相关控制原则和控制措施，具有一定的参考价值。

关键词：高层建筑，结构设计，扭转效应，控制措施。

1 概述
所谓扭转效应，主要是基于建筑结构的主体，在建筑结构主体中，每个构件都需要经过计算确定作用于自身的扭矩，进而得出该构件配筋，例如雨篷梁，边梁等构件。

结构主体楼层的层间最大位移与其主体两侧的层间位移的平均数值即结构主体的扭转效应。

当前建筑业对于建筑的抗震能力进行统一规定，其数值大于等于1.2倍的，被定义为楼层的平面不规则，如地震来临，此类建筑的结构主体将发生明显扭转，为防灾难发生，该建筑应经过科学结构布置从而对楼层的最大层间位移与两侧层间位移的平均值的比值进行控制，其比值应小于1.5，同时考虑加入配筋从而抵抗扭矩的增大。

在设计时对结构方案的选择也对高层建筑的质量起重要的作用，通常设计师会采取平面规则，左右对称的构造，这样建筑的内外立面以及竖向剖面较为规则，该构造的侧向刚度可进行适当调整。

应尽量避免抗侧力结构的刚度不均匀分布及侧向刚度质量易出现突变的结构，一般高层建筑都应该计算在双向地震作用下的扭转影响。

但是具体事物具体分析，实际工程中需从建筑的外形及功能需要上进行分析。

而有很多的建筑因设计不当以致建筑平面与竖向剖面不符合标准的需要，对此，为了使该类建筑满足抗震的要求，必须从总体下手对整体的结构体制进行优化。

尤其是对建筑的扭转效应可以得到有效的控制，也是对于超高建筑的设计中改善扭转效应的有效方式。

2 解决高层建筑扭转效应问题应坚持的根本前提
通过对相关法律法规、高规以及有关高层建筑结构设计规范得出以下几点关于如何改进高层建筑扭转效应问题应坚持的前提：
一是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%。

二是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。

3高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施
3.1在建筑外围增设抗侧力结构设施
在高层建筑抗扭转效应的改革中，可建筑物外围多布置一些抗侧力结构设施。

如，某高层建筑的整体构造为框架型剪力墙面，这类设计的防烈抗震度大约为六度，建筑实际高度约为九十六米，上文提到过当抗扭构件离质心越远的时候，其抗扭性能就越强，并通过ASTWE的程序对其进行相关计算。

基于此，为了提高建筑整体抗震性，需在建筑的周边加设一些抗侧力的结构，不仅减少了抗侧力的构件的添加使用节约了成本，也大大的增加了整体结构的刚性强度。

如果将文中提到到高层建筑的两侧的剪力墙全部更换为框架结构，则其整体的建筑结构主体将失去一点量的抗扭性能。

并且导致位移比例增加，整体的结构扭转及平动周期也相应增加。

因为两边剪力墙同时消失，结构主体失去了应有的保护，可其结构依然拥有均匀对称的特点，所以其周期比并无太大的变化。

为控制扭转效应还可以通过对核芯筒风度进行消弱减少的方式来调整结构主体的周期比[3]。

3.2高层建筑的布局应结合实际需求针对性地布置抗侧力结构
在布置抗侧力结构时，应该结合高层建筑本身的设计理念，以均匀、对称的方式布置在其周边，并严格遵守三个要点，及结构的均匀性、结构的分散性以及结构的对称性。

并尽量使刚度中心与质量中心相靠拢。

若位移比低于《高规》制定的要求标准时，一般是抗侧力构件分布不均匀而导致的。

总的来说，一栋建筑的相关机能是建筑及附属建筑的布置与结构设计而决定的。

因此，若想保证高层建筑拥有足够的抗震性就必须拥有符合相关规定的结构设计以及合理分散的布局。

反之，若高层建筑的布局仅为追求美感，以致布局繁杂，整体结构也未能满足要求，即便是后期作出再多的措施也是于事无补。

3.3对现有的抗侧力结构进行巩固强化其刚度
增加原装抗侧力结构的刚度来实现对抗扭性能的控制可以通过以下途径来完成：一是将墙面与窗框之间的部分在整改时将其设计成为连梁。

二是将高层建筑原有单向剪力墙重新改成L状的剪力墙，并对墙面尽可能延伸，而外立面的转角处不可设计窗框，若以存在窗应补上。

3.4高层建筑再设计时应对结构平面保持宽度
随着人口的增长，高层建筑普遍在十层以上，而房地产公司，为了尽可能的增大使用量，满足使用的要求，对住宅户型进行多次修整，以致于大多数高层建筑平面结构布置宽度不够，且长宽比例超出《高规》中所规定的要求，一般来说，
平面扁而长的建筑结构其抗扭性能是相对较差的，是无法满足《高规》中的规定要求的，通常这类建筑使用寿命也是相对短的。

此类问题应通过下列方式解决：
一是对于较为狭长的高层建筑构造，应极力摆脱其狭长的结构体系，如果相关建筑企业不允许，那么通过对相对大端的一侧加大其抗侧力刚度，从而减低整体的扭转效应。

若企业认可的话可在结构对称处加设框架柱，即增加框架的宽度。

以上方法可以改善狭长高层建筑的梁的线刚度，从而提升建筑的抗扭性能。

二是普遍运用于狭长的高层建筑的结构体系是框架剪力墙的结构体系，而应房屋高度等因素，一般都将剪力墙设计在电梯与楼梯之间，因为中间空隙不规则导致这些抗侧力的构造在建造上分布不均匀或者过于集中，这样的构造别不能降低扭转性能，这种情况就势必破坏中间部分的剪力墙的构造，并在外侧加筑剪力墙，这样的设计又致使抗侧力刚度过大，如此恶性循环，就造成了资源的浪费。

因此，在高层建筑设计时，尽量采取框架体系，因为在地震影响不大的地方，框架结构能更有效的控制抗扭效应[4]。

4结语
综上所述，将上文中的各点结合使用对高层建筑结构设计中扭转效应的控制极为有效，可以显著的增加高层建筑的抗扭性能，降低地震带来的危害，为人们的生活工作带来安全的保证。

参考文献
[1]胡伟.高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施[J].黑龙江科技信息，2007，07:196.
[2]侯传彦，王福臣.高层建筑结构设计中扭转效应的控制措施[J].黑龙江科技信息，2009，09:265.
[3]许国平.高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法[J].建筑结构，2005，10:21-22.
[4]于保军，燕中.高层建筑结构设计中扭振效应的控制措施[A]..河南省建筑业行业优秀论文集(2010)[C].:，2010:2.
[5] 徐培福,黄吉锋,韦承基. 高层建筑结构在地震作用下的扭转振动效应[J]. 建筑科学, 2000,(01)
[6] 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3—2010．北京：中国建筑工业出版社，2010
[7] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010．北京：中国建筑工业出版社，2010。