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摘要：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。
关键词：高层建筑；结构设计；扭转效应；控制
通常情况下，高层建筑的扭转效应是针对建筑结构的主体来说的。在进行建筑结构设计时，必须引起重视。但是在具体的工程中，有很多的建筑平面和竖向的规范不符合具体的需要，这样的情况，需要对结构体系优化，保证建筑符合抗震的标准，尤其是它的扭转效应可以控制在规定的标准内，这里主要说明的是高层的建筑，尤其是那些超高的建筑设计中可以改善扭转效应的具体措施。
1产生的原因及危害
国内外历次大地震害表明：平面不规则与质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构，在地震中受到严重的破坏。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，在高层建筑设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到规范所要求的标准。
从力学基本概念可知“构件离质心越远”其抗扭刚度就越大。所以，在建筑物外围尽可能布置抗侧力结构。这样，在不增加抗侧力构件数量的基础上，可以显著加大结构的抗扭刚度。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拆去，结构仍基本均匀、对称，故周期比基本不变。
2 改善高层建筑扭转效应的原则
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 第 3.4.4 条对结构平面的扭转不规则提出了要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 第3.4.5 条更是明确要求在考虑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和层间位移，A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.5 倍；B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑等不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的1.4 倍；结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于 0.9，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑等不应大于 0.85。由材料力学可知，抗扭构件离质心越远，其抗扭刚度越大。所以在布置抗扭构件时，尽量加大周边构件截面，增大抗扭刚度；在设计结构方案时，应尽量使结构质心刚心偏心率减小，以减小扭转效应。
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。
3.2 抗侧力结构布置必须均匀、对称
在高层建筑设计中，布置抗侧力构件时，必须遵循均匀、分散、对称的原则，尽可能使结构的质量中心与刚度中心接近。当位移比不能满足《高规》要求时，往往是结构的抗侧力构件布置不均匀引起的。例如靠近一边布置剪力墙或剪力墙布置不均匀等。一栋房屋的动力功能主要是由建筑的布置和结构设置来决定的，只要结构设计的符合抗震的规则，布局设置的合理，就可以保证建筑的耐性，相反，建筑的布局繁复，整体结构存在不安全的地方，即便是构造的时候补救，也可能不能做到减低震害的目标。
3.3加大现有抗侧力构造的刚度
结构抗扭的刚度的加大，可以在最大的位移的地方安置抗侧力的结构，更可以使用增加原有的测力结构的实际刚度来实现，主要的方式有：将建筑物外角原单向剪力墙布置成 L 形剪力墙，且尽可能延长，外立面转角尽可能避免开窗，更不要开转角窗加厚离质心较远处剪力墙的厚度加大周边剪力墙连梁的高度，一般连梁的高度取楼板距下层门窗顶的高度。为了增加剪力墙抗扭刚度，可以将楼面以上至窗下边的高度部分也变成连梁，即除窗洞外，其余部分均为连梁。
3.4裙房部分防止上下层刚度偏心
在高层建筑设计中，通常存在以下情况：当主楼满足《高规》第3.4.5条的有关控制结构扭转效应的要求时，裙房部分却不能满足这主要是由于结构上下刚度偏心较大，裙房相对于主楼偏心布置裙房平面不规则或过于狭长，裙房的刚度相对于主楼来说太弱，刚度中心与质量中心相差太远，最远处节点位移偏大等原因引起的。
3.5 高层建筑防止结构平面过于狭长
现在，十多层左右的小高层住宅较多，建筑专业为了满足使用要求，往往套用多层砖混结构住宅的户型，大多数小高层住宅的平面布置过于狭长，其长宽比接近或超过《高规》第 3.4.3 条的要求，有的长度超过了《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定的钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距要求。一般来说，平面狭长结构的抗扭刚度是比较弱的，很难满足《高规》的要求，可以通过以下两个方法解决：
3.5.1 小的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。
3.5.2 小的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。
4结语
高层建筑结构的扭转问题，并不是单纯的平面问题，要提高结构的抗扭刚度，加强平面内的结构不是唯一的手段，甚至不一定是最有效的手段。从上面的几种方式可知，可以明显的增加建筑结构的抗扭刚度，从而更好的防御扭转效益，以便减低地震作用下的扭转效应，更好的保证建筑的安全和质量。
参考文献：
[1]蔡健，潘东辉，黄炎生.高层建筑结构扭转振动效应控制研究[J].工程力学，2007，（07）.
[2]蒋俊杰，陈春雷.高层建筑结构扭转效应控制参数讨论[J].广东土木与建筑，2008，（09）.
[3]徐培福，黄吉锋，韦承基.高层建筑结构的扭转反应控制[J].土木工程学报，2006，（07）.
关键词：高层建筑；结构设计；扭转效应；控制
通常情况下，高层建筑的扭转效应是针对建筑结构的主体来说的。在进行建筑结构设计时，必须引起重视。但是在具体的工程中，有很多的建筑平面和竖向的规范不符合具体的需要，这样的情况，需要对结构体系优化，保证建筑符合抗震的标准，尤其是它的扭转效应可以控制在规定的标准内，这里主要说明的是高层的建筑，尤其是那些超高的建筑设计中可以改善扭转效应的具体措施。
1产生的原因及危害
国内外历次大地震害表明：平面不规则与质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构，在地震中受到严重的破坏。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，在高层建筑设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到规范所要求的标准。
从力学基本概念可知“构件离质心越远”其抗扭刚度就越大。所以，在建筑物外围尽可能布置抗侧力结构。这样，在不增加抗侧力构件数量的基础上，可以显著加大结构的抗扭刚度。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拆去，结构仍基本均匀、对称，故周期比基本不变。
2 改善高层建筑扭转效应的原则
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 第 3.4.4 条对结构平面的扭转不规则提出了要求。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 第3.4.5 条更是明确要求在考虑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和层间位移，A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的 1.5 倍；B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑等不宜大于该楼层平均值的 1.2 倍，不应大于该楼层平均值的1.4 倍；结构扭转为主的第一自振周期 Tt 与平动为主的第一自振周期 T1 之比，A 级高度高层建筑不应大于 0.9，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑等不应大于 0.85。由材料力学可知，抗扭构件离质心越远，其抗扭刚度越大。所以在布置抗扭构件时，尽量加大周边构件截面，增大抗扭刚度；在设计结构方案时，应尽量使结构质心刚心偏心率减小，以减小扭转效应。
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。
3.2 抗侧力结构布置必须均匀、对称
在高层建筑设计中，布置抗侧力构件时，必须遵循均匀、分散、对称的原则，尽可能使结构的质量中心与刚度中心接近。当位移比不能满足《高规》要求时，往往是结构的抗侧力构件布置不均匀引起的。例如靠近一边布置剪力墙或剪力墙布置不均匀等。一栋房屋的动力功能主要是由建筑的布置和结构设置来决定的，只要结构设计的符合抗震的规则，布局设置的合理，就可以保证建筑的耐性，相反，建筑的布局繁复，整体结构存在不安全的地方，即便是构造的时候补救，也可能不能做到减低震害的目标。
3.3加大现有抗侧力构造的刚度
结构抗扭的刚度的加大，可以在最大的位移的地方安置抗侧力的结构，更可以使用增加原有的测力结构的实际刚度来实现，主要的方式有：将建筑物外角原单向剪力墙布置成 L 形剪力墙，且尽可能延长，外立面转角尽可能避免开窗，更不要开转角窗加厚离质心较远处剪力墙的厚度加大周边剪力墙连梁的高度，一般连梁的高度取楼板距下层门窗顶的高度。为了增加剪力墙抗扭刚度，可以将楼面以上至窗下边的高度部分也变成连梁，即除窗洞外，其余部分均为连梁。
3.4裙房部分防止上下层刚度偏心
在高层建筑设计中，通常存在以下情况：当主楼满足《高规》第3.4.5条的有关控制结构扭转效应的要求时，裙房部分却不能满足这主要是由于结构上下刚度偏心较大，裙房相对于主楼偏心布置裙房平面不规则或过于狭长，裙房的刚度相对于主楼来说太弱，刚度中心与质量中心相差太远，最远处节点位移偏大等原因引起的。
3.5 高层建筑防止结构平面过于狭长
现在，十多层左右的小高层住宅较多，建筑专业为了满足使用要求，往往套用多层砖混结构住宅的户型，大多数小高层住宅的平面布置过于狭长，其长宽比接近或超过《高规》第 3.4.3 条的要求，有的长度超过了《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定的钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距要求。一般来说，平面狭长结构的抗扭刚度是比较弱的，很难满足《高规》的要求，可以通过以下两个方法解决：
3.5.1 小的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。
3.5.2 小的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。
4结语
高层建筑结构的扭转问题，并不是单纯的平面问题，要提高结构的抗扭刚度，加强平面内的结构不是唯一的手段，甚至不一定是最有效的手段。从上面的几种方式可知，可以明显的增加建筑结构的抗扭刚度，从而更好的防御扭转效益，以便减低地震作用下的扭转效应，更好的保证建筑的安全和质量。
参考文献：
[1]蔡健，潘东辉，黄炎生.高层建筑结构扭转振动效应控制研究[J].工程力学，2007，（07）.
[2]蒋俊杰，陈春雷.高层建筑结构扭转效应控制参数讨论[J].广东土木与建筑，2008，（09）.
[3]徐培福，黄吉锋，韦承基.高层建筑结构的扭转反应控制[J].土木工程学报，2006，（07）.