論改善高層建筑的扭轉反應

李濤+李霆

摘要：本文從扭轉反應的概念與改善高層建筑扭轉反應的原則入手，闡述了控制扭轉反應的理論基礎，并且就高層建筑結構扭轉反應控制措施進行了研究，以期能夠對控制高層建筑結構的扭轉反應起到積極作用。

關鍵詞：高層建筑；扭轉反應；控制措施

1.引言

隨著城市房屋建筑中高層建筑的增多，高層建筑的質量安全問題也備受關注。在高層建筑的施工過程中，建筑結構本身的扭轉反應會給建筑物帶來一些嚴重的損害[1]。尤其是在地震發生時，扭轉反映會導致建筑物變形甚至坍塌。因此控制高層建筑物的扭轉反應是確保建筑物安全可靠性的關鍵措施之一。

2.扭轉反應的概述

2.1扭轉反應的概念

扭轉反應是指在建筑主體結構中，結構內部的各個零部件和子結構都必須通過精密的計算后得出自身作用下的扭矩，進而計算出該部分配筋 [2]。在高層建筑的結構樓層中層間的最大位移值和結構主體兩側層間位移的平均值就是結構主題的扭轉效應值。根據國家相關規定，扭轉反應≧1.2倍時，該樓層的平面被認定為不規則，這種建筑在地震來臨時結構主體會發生明顯大幅度的扭轉。因此為了規避地震風險，在進行樓層建筑時應該盡量控制結構樓層中層間的最大位移值和結構主體兩側層間位移的平均值，同時增大配筋比例，提高抵抗扭矩反應的強度。

2.2改進高層建筑扭轉反應的原則

（1）樓層間的層高與位移合理。該原則要求高層建筑的最大樓層間的位移必須符合規范。因為豎向構建數量決定了結構的剪切變形，一旦結構設計不合理，會大大影響建筑的扭轉變形。因此，在現實施工過程中，盡量保持高層建筑的層高與位移的協調合理，減少實際施工對對剪力墻體的產生作用引發的扭轉變形。

（2）樓層剪力最小。該原則強調設計樓層結構時應采用大開間，盡量讓側向鋼度結構達到理想狀態，而樓層與樓層之間的扭矩系數必須控制在適中偏小，絕對不能超出限定范圍值，可以有效減少結構樓層的自身重量，降低地震損傷。

2.3控制高層建筑結構扭轉反應的理論基礎

要控制高層建筑結構的扭矩反應，結構構件距離質心越遠，構建抵抗扭矩反應的剛度和強度就越大，因此在高層建筑外圍最大限度地設置抗側力結構，以增加抗側力結構的數量來增加結構主體的抗扭矩剛度。除此以外，還可以采取削減芯筒內的灌風力度來體征結構主體的周期比，適當設置剪力墻體結構，使建構主體的剛度能夠分布更加均勻，提升預防地震帶來的損傷。

3.高層建筑結構扭轉反應控制措施

3.1加強對概念設計的重視

地震具有隨機性和不可預測性，模擬的計算結果和實際的地震效應存在巨大差異，雖然進行精確嚴密的抗震計算是非常困難的，但是在高層建筑的概念設計時就將抗震設計引入，能夠有效提高高層建筑的抗震能力。概念設計中的抗震設計可從以下幾個方面著手：一是選好建筑場地，做好地基設計，選擇有利避開地震帶，根據地形、地勢特點設計扎實穩固的地基；二是制定科學先進、合理規范的抗震結構設計，比如剪力墻結構設計、筒體結構等；三是合理布局高層建筑結構，明確設計草圖和計算數據，確定合理的地震傳播作用的行進路徑，在建筑結構的主體平、立面設計時盡量保持對稱、規則，合理規劃建筑主體結構的抗震剛度和強度。

3.2改善結構平面狹長帶來的影響

（1）在高層建筑結構建設施工時，在建筑主體中的框架柱中設置增加的框架跨數，提升高層建筑結構主體中連梁的線剛度，從而增加結構主體的抵抗扭矩反應的剛度和強度。能夠有效改善結構平面狹長帶來影響還可以應用框架剪力墻結構設計，這種設計能夠有效提升結構主體的抗側力，控制扭矩反應。

3.3合理增加建筑物抗側力結構

（1）抗側力結構布置要對稱。在高層建筑的抗震設計中，設置合理的抗側力部件是最重要的步驟之一。抗側力部件的配置應該遵循均勻、對稱、分散的原則。此外抗側力部件在布置時盡量保持結構的質量中心與結構的剛度中心接近。

（2）增加建筑物外圍的抗側力結構。由于結構構件距離質心的越遠，構建抵抗扭矩反應的剛度和強度就越大，因此要成功控制高層建筑結構的扭矩反應，在高層建筑外圍最大限度地設置抗側力結構，以增加抗側力結構的數量來增加結構主體的抗扭矩剛度。因為增加建筑物外圍的抗側力結構數量能夠分散建筑結構主體的抗震壓力和強度，提高建筑主體的整體抗震能力。以深圳某小區為例，該小區的高層建筑主體結構的外圍均設置了許多抗測力結構，如建筑結構立面、平面對稱的抗風剪力墻結構設計等。除了增加抗側力結構的數量外，還可以采取削減芯筒內的灌風力度來體征結構主題的周期比，使建構主體的剛度能夠分布更加均勻，提升預防地震帶來的損傷。

（3）強化已有抗側力結構的剛度。強化高層建筑中現存抗側力結構的剛度，能夠有效提升原始測力結構實際抗震剛度。主要的強化已有抗側力結構剛度的實施方法包括以下幾種，一是在高層建筑外角部位設置單向的剪力墻結構，使之成為L型的剪力墻體，并將該形狀的剪力墻體盡量拉長，這樣可以成功規避外部結構里面在轉角開窗，也能大大增加離建筑主體質心較遠位置的監理墻的厚度，有效提高剪力墻體連梁的高度和長度；二是提升已有剪力墻體結構的抗扭矩剛度，改變高層建筑中樓面上部和窗臺下部的高度，將其連貫成連梁，從而有效提升剪力墻體結構的抗扭矩剛度。

4.結束語

綜上所述，有效控制高層建筑的扭轉反應能夠確保在地震作用下建筑物的安全可靠性，盡量減少地震對高層建筑物帶來的損傷。要成功實現控制高層建筑扭轉反應應該從高層建筑的設計概念上著手，將地震的扭轉效應控制到最小，并在實際的工程實施中，通過改善高層建筑的結構平面狹長帶來的影響，合理設置高層建筑抗側力結構，使建筑結構的剛度中心與質量中心能夠相契合，進一步減少扭轉效應。

參考文獻

[1]黃列巍.淺談高層建筑結構的扭轉反應控制[J].中華民居，2012，（3）：272-273.

[2]呂堅.淺議高層建筑結構設計中控制扭振效應的主要措施[J]科技風，2010，（5）：156-158.

作者簡介：李濤 單位：武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司 專業：工程技術 自動化 研究方向：工程項目管理 學歷：本科 出生年月：1980.05

李霆，本科（1983.04—），單位：武漢地質資源環境工業技術研究院有限公司 專業：工程技術、土木工程，研究方向：結構方向，職稱：中級工程師、中級經濟師endprint