扭轉(zhuǎn)效應(yīng)一般是針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)主體而言的，結(jié)構(gòu)主體中的單個(gè)構(gòu)件，如邊梁，雨棚梁等可以通過計(jì)算作用在構(gòu)件上的扭矩來確定其配筋，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)主體，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是指結(jié)構(gòu)空間計(jì)算時(shí)，由平面不規(guī)則引起的樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)大于該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g水平位移)平均值，現(xiàn)行建筑抗?fàn)幵O(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，大于1.2倍，即判定樓層平面不規(guī)則，在地震作用下，結(jié)構(gòu)主體扭轉(zhuǎn)明顯，應(yīng)通過結(jié)構(gòu)布置來控制樓層的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g水平位移)平均值的比值，比值不宜大于1.5，同時(shí)，在構(gòu)件配筋計(jì)算是考慮抵抗扭矩而增加的配筋。

　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,其抗側(cè)剛度特別是抗扭剛度一直受到設(shè)計(jì)人員的重視。這時(shí)結(jié)構(gòu)方案的選用就顯得非常重要 ,應(yīng)盡量采用平面規(guī)則、對(duì)稱的結(jié)構(gòu) ,建筑立面和 豎向剖面宜規(guī)則 ,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化 ,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度突變質(zhì)量和剛度分布明顯不對(duì)稱的結(jié)構(gòu),應(yīng)計(jì)入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。但在實(shí)際工程中,因建筑造型及建筑功能的需要 ,往往有許多的建筑平面及豎向規(guī)則性達(dá)不到規(guī)范中“規(guī)則建筑”的要求。在此情況下 ,應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化,使其滿足抗震要求 ,特別是使其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。本文主要討論高層建筑,特別是超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中改善扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的幾種措施。

　　一、 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)。在工程實(shí)踐中,以剪力墻結(jié)構(gòu)為例,可首先考慮將四周角部墻肢加長(zhǎng) ,盡量形成L、Z、T 等形狀。如墻肢長(zhǎng)度受限,則可將平面四周的梁加高 ,如窗臺(tái)下梁加高至窗臺(tái)面。如質(zhì)心剛心偏差太大 以上措施仍不能滿足抗扭要求 ，這時(shí)在建筑允許的條件下加厚離質(zhì)心較遠(yuǎn)處的剪力墻厚度,往往能使質(zhì)心剛心偏心率得到明顯改善。

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

　　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，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)的抗扭剛度在實(shí)例中，結(jié)構(gòu)布置基本均勻、對(duì)稱、位移比、周期比的計(jì)算結(jié)果從略。

　　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。

　　除了在建筑物外圍布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)外，也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。 在核心部位剪力墻中間開結(jié)構(gòu)洞，使結(jié)構(gòu)剛度達(dá)到均勻、分散的目的 。盡可能在原剪力墻中間部位開洞，不要靠近兩端，以避免出現(xiàn)短肢剪力墻，更不允許出現(xiàn)異形柱。

　　值得一提的是， 為了有效控制結(jié)構(gòu)的位移比、周期比，對(duì)于多塔樓結(jié)構(gòu)，各個(gè)塔樓應(yīng)分別計(jì)算其位移比、周期比，以保證設(shè)計(jì)安全，然后再進(jìn)行整體計(jì)算分析。

　　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。

　　一幢房屋的動(dòng)力性能基本取決于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡(jiǎn)單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，就從根本上保證房屋具有良好的耐震性。反之，建筑布局復(fù)雜，結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)，即使在構(gòu)造上采取補(bǔ)強(qiáng)措施，也不一定能達(dá)到減輕震害的預(yù)期目的。

　　3、盡可能加大現(xiàn)有周邊抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度

　　為了加大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，除了可在最大位移處布置抗側(cè)力結(jié)構(gòu)外，還可以采用的加大原有抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度的方法有：

　　(1) 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

　　(2)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。

　　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。解決以上問題的方法有兩種：一是增加裙房部分的剛度，在位移最大處相應(yīng)的最大位移方向布置剪力墻，以減小裙房的最大位移，使裙房的質(zhì)量中心與剛度中心盡可能重合。二是當(dāng)主樓、 裙房都有地下室時(shí)，將主樓與裙房在地下室頂板以上用伸縮縫分開;當(dāng)主樓有地下室，裙房無地下室時(shí)，如建筑專業(yè)允許，可以用沉降縫將主樓與裙房分開，使主樓與裙房分別形成獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)過這樣處理，能解決裙房部分由于上下層剛度偏心引起的較大扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

　　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：

　　(1) 小高層結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，首先盡可能將過于狹長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)用伸縮縫脫開。如果建筑專業(yè)不允許，可通過加大端部開間的抗側(cè)剛度達(dá)到限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的，具體可將邊框架的框架柱斷面增大，加大框架梁的高度，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。

　　(2)小高層結(jié)構(gòu)體系采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由于房屋高度不高，剪力墻一般僅布置在樓梯間或電梯間，這些抗側(cè)力結(jié)構(gòu)往往過于集中或設(shè)置不對(duì)稱，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)很大，在這種情況下，必須削弱中間部分剪力墻的剛度，在外側(cè)加剪力墻，但此時(shí)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度太大，這樣做沒有必要也不經(jīng)濟(jì)。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。

　　通過以上幾種方法，可以使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得到明顯增強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心盡可能重合，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

　　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] 徐培福,黃吉鋒,韋承基. 高層建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)[J]. 建筑科學(xué), 2000,(01) .

　　[3] 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) .

　　[4] 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) .