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【摘要】在高层建筑结构设计中,由于建筑造型及建筑功能的需要,往往有许多的建筑平面及竖向规则性达不到规范中“规则建筑”的要求。在此情况下,应对结构体系进行优化,使其满足抗震要求,特别是使其扭转效应控制在规范允许范围之内。本文对高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法进行了探讨。
【关键词】高层建筑；结构设计；扭转效应；控制方法
中图分类号：TU97文献标识码： A
引言：
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。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。
一、扭转效应的概念
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。
二、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，当高层建筑的高度為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。
三、高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法
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。
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、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。
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。
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：
（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。
（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。
结束语
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。
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
[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
[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
【关键词】高层建筑；结构设计；扭转效应；控制方法
中图分类号：TU97文献标识码： A
引言：
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。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。
一、扭转效应的概念
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。
二、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，当高层建筑的高度為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。
三、高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法
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。
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、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。
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。
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：
（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。
（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。
结束语
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。
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
[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
[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