摘要：對(duì)于高層建筑來講，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是建筑物遭受損害的主要因素之一，因此，我們?cè)谶M(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要重視建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗扭剛度，運(yùn)用有效的抗扭措施合理布置各個(gè)構(gòu)件，尤其對(duì)薄弱部位構(gòu)件的設(shè)計(jì)。本文針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的抗扭轉(zhuǎn)措施，為今后開展這方面的工作積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；控制

通常情況下，高層建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的主體來說的。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須引起重視。但是在具體的工程中，有很多的建筑平面和豎向的規(guī)范不符合具體的需要，這樣的情況，需要對(duì)結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化，保證建筑符合抗震的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是它的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可以控制在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，這里主要說明的是高層的建筑，尤其是那些超高的建筑設(shè)計(jì)中可以改善扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的具體措施。

1產(chǎn)生的原因及危害

國內(nèi)外歷次大地震害表明：平面不規(guī)則與質(zhì)量與剛度偏心和扭轉(zhuǎn)剛度太弱的結(jié)構(gòu)，在地震中受到嚴(yán)重的破壞。國內(nèi)一些振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果也表明：扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。在實(shí)際工程中由于建筑造型的要求建筑場(chǎng)地的限制或建筑功能的需要，在高層建筑設(shè)計(jì)中，大多數(shù)結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置很難達(dá)到規(guī)范所要求的標(biāo)準(zhǔn)。

從力學(xué)基本概念可知“構(gòu)件離質(zhì)心越遠(yuǎn)”其抗扭剛度就越大。所以，在建筑物外圍盡可能布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。這樣，在不增加抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量的基礎(chǔ)上，可以顯著加大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。如果將兩端軸附近的剪力墻全部改為框架結(jié)構(gòu)”則兩端剪力墻改為框架后，抗扭剛度大大減弱，位移比增大。整個(gè)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，平動(dòng)周期均增大。由于兩邊剪力墻同時(shí)拆去，結(jié)構(gòu)仍基本均勻、對(duì)稱，故周期比基本不變。

2 改善高層建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的原則

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010 第 3.4.4 條對(duì)結(jié)構(gòu)平面的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則提出了要求?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010 第3.4.5 條更是明確要求在考慮偶然偏心影響的地震作用下， 樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移，A 級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的 1.5 倍；B 級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑等不宜大于該樓層平均值的 1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4 倍；結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt 與平動(dòng)為主的第一自振周期 T1 之比，A 級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于 0.9，B 級(jí)高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑等不應(yīng)大于 0.85。由材料力學(xué)可知，抗扭構(gòu)件離質(zhì)心越遠(yuǎn)，其抗扭剛度越大。所以在布置抗扭構(gòu)件時(shí)，盡量加大周邊構(gòu)件截面，增大抗扭剛度；在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案時(shí)，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)質(zhì)心剛心偏心率減小，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制措施

3.1 在建筑物外圍盡可能布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

某高層建筑，結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻，抗震設(shè)防烈度為6 度，IV類場(chǎng)地土，丙類建筑，地上26 層，地下 1 層，總高度 96m，框架剪力墻抗震等級(jí)均為三級(jí)，采用ASTWE 程序進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算從力學(xué)基本概念可知，構(gòu)件離質(zhì)心越遠(yuǎn)，其抗扭剛度就越大，因此，建筑的外圍需要多設(shè)置抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，以便在不添加抗側(cè)力構(gòu)件的前提下，大大的增加結(jié)構(gòu)的剛度。

如果將兩端軸附近的剪力墻全部改為框架結(jié)構(gòu)，則兩端剪力墻改為框架后，抗扭剛度大大減弱，位移比增大。整個(gè)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、平動(dòng)周期均增大。由于兩邊剪力墻同時(shí)刪去，結(jié)構(gòu)仍基本均勻、對(duì)稱，故周期比基本不變。

除了在外圍增加這種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，還可以采用削弱核芯筒風(fēng)度的辦法來調(diào)整結(jié)構(gòu)的周期比。把結(jié)構(gòu)洞打在剪力墻核心的部位，保證結(jié)構(gòu)的平均和分散的目標(biāo)，要最好在原有的剪力墻的中間開洞，不能接近兩端，這樣保證短肢剪力墻不出現(xiàn)，也不能有異形柱出現(xiàn)。

3.2 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置必須均勻、對(duì)稱

在高層建筑設(shè)計(jì)中，布置抗側(cè)力構(gòu)件時(shí)，必須遵循均勻、分散、對(duì)稱的原則，盡可能使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心與剛度中心接近。當(dāng)位移比不能滿足《高規(guī)》要求時(shí)，往往是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件布置不均勻引起的。例如靠近一邊布置剪力墻或剪力墻布置不均勻等。一棟房屋的動(dòng)力功能主要是由建筑的布置和結(jié)構(gòu)設(shè)置來決定的，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的符合抗震的規(guī)則，布局設(shè)置的合理，就可以保證建筑的耐性，相反，建筑的布局繁復(fù)，整體結(jié)構(gòu)存在不安全的地方，即便是構(gòu)造的時(shí)候補(bǔ)救，也可能不能做到減低震害的目標(biāo)。

3.3加大現(xiàn)有抗側(cè)力構(gòu)造的剛度

結(jié)構(gòu)抗扭的剛度的加大，可以在最大的位移的地方安置抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，更可以使用增加原有的測(cè)力結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度來實(shí)現(xiàn)，主要的方式有：將建筑物外角原單向剪力墻布置成 L 形剪力墻，且盡可能延長(zhǎng)，外立面轉(zhuǎn)角盡可能避免開窗，更不要開轉(zhuǎn)角窗加厚離質(zhì)心較遠(yuǎn)處剪力墻的厚度加大周邊剪力墻連梁的高度，一般連梁的高度取樓板距下層門窗頂?shù)母叨?。為了增加剪力墻抗扭剛度，可以將樓面以上至窗下邊的高度部分也變成連梁，即除窗洞外，其余部分均為連梁。

3.4裙房部分防止上下層剛度偏心

在高層建筑設(shè)計(jì)中，通常存在以下情況：當(dāng)主樓滿足《高規(guī)》第3.4.5條的有關(guān)控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的要求時(shí)，裙房部分卻不能滿足這主要是由于結(jié)構(gòu)上下剛度偏心較大，裙房相對(duì)于主樓偏心布置裙房平面不規(guī)則或過于狹長(zhǎng)，裙房的剛度相對(duì)于主樓來說太弱，剛度中心與質(zhì)量中心相差太遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)處節(jié)點(diǎn)位移偏大等原因引起的。

3.5 高層建筑防止結(jié)構(gòu)平面過于狹長(zhǎng)

現(xiàn)在，十多層左右的小高層住宅較多，建筑專業(yè)為了滿足使用要求，往往套用多層磚混結(jié)構(gòu)住宅的戶型，大多數(shù)小高層住宅的平面布置過于狹長(zhǎng)，其長(zhǎng)寬比接近或超過《高規(guī)》第 3.4.3 條的要求，有的長(zhǎng)度超過了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距要求。一般來說，平面狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度是比較弱的，很難滿足《高規(guī)》的要求，可以通過以下兩個(gè)方法解決：

3.5.1 小的高層結(jié)構(gòu)使用框架這樣的結(jié)構(gòu)，第一要最大限度的把太過狹長(zhǎng)的構(gòu)造脫開，如果建筑的專業(yè)不允許，是可以在大端的部分加大抗側(cè)力剛度的方式來控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如條件允許，中間增加框架柱，即增加框架的跨數(shù)。這些方法可以增加梁的線剛度，也可顯著增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

3.5.2 小的高層使用框架剪力墻的結(jié)構(gòu)體系，因?yàn)榉课莸母叨炔皇呛芨?，剪力墻通常是在樓梯和電梯之間，這些抗側(cè)力的構(gòu)造通常是集中或者分布的不均勻，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大，這種狀況，一定要把中間那部分剪力墻的結(jié)構(gòu)削弱，把外側(cè)加上剪力墻，此時(shí)的抗側(cè)力剛度又過大，這樣不但浪費(fèi)成本也不是必要的選擇。因此能采用框架體系時(shí)，盡量不采用框架剪力墻體系，因?yàn)樵诘卣鹆叶炔淮蟮牡貐^(qū)采用框架結(jié)構(gòu)反而能滿足《高規(guī)》控制抗扭效應(yīng)的要求。

4結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題，并不是單純的平面問題，要提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，加強(qiáng)平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)不是唯一的手段，甚至不一定是最有效的手段。從上面的幾種方式可知，可以明顯的增加建筑結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，從而更好的防御扭轉(zhuǎn)效益，以便減低地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，更好的保證建筑的安全和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡健，潘東輝，黃炎生.高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)控制研究[J].工程力學(xué)，2007，（07）.

[2]蔣俊杰，陳春雷.高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制參數(shù)討論[J].廣東土木與建筑，2008，（09）.

[3]徐培福，黃吉鋒，韋承基.高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)控制[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006，（07）.