论改善高层建筑的扭转反应

李涛+李霆

摘要：本文从扭转反应的概念与改善高层建筑扭转反应的原则入手，阐述了控制扭转反应的理论基础，并且就高层建筑结构扭转反应控制措施进行了研究，以期能够对控制高层建筑结构的扭转反应起到积极作用。

关键词：高层建筑；扭转反应；控制措施

1.引言

随着城市房屋建筑中高层建筑的增多，高层建筑的质量安全问题也备受关注。在高层建筑的施工过程中，建筑结构本身的扭转反应会给建筑物带来一些严重的损害[1]。尤其是在地震发生时，扭转反映会导致建筑物变形甚至坍塌。因此控制高层建筑物的扭转反应是确保建筑物安全可靠性的关键措施之一。

2.扭转反应的概述

2.1扭转反应的概念

扭转反应是指在建筑主体结构中，结构内部的各个零部件和子结构都必须通过精密的计算后得出自身作用下的扭矩，进而计算出该部分配筋 [2]。在高层建筑的结构楼层中层间的最大位移值和结构主体两侧层间位移的平均值就是结构主题的扭转效应值。根据国家相关规定，扭转反应≧1.2倍时，该楼层的平面被认定为不规则，这种建筑在地震来临时结构主体会发生明显大幅度的扭转。因此为了规避地震风险，在进行楼层建筑时应该尽量控制结构楼层中层间的最大位移值和结构主体两侧层间位移的平均值，同时增大配筋比例，提高抵抗扭矩反应的强度。

2.2改进高层建筑扭转反应的原则

（1）楼层间的层高与位移合理。该原则要求高层建筑的最大楼层间的位移必须符合规范。因为竖向构建数量决定了结构的剪切变形，一旦结构设计不合理，会大大影响建筑的扭转变形。因此，在现实施工过程中，尽量保持高层建筑的层高与位移的协调合理，减少实际施工对对剪力墙体的产生作用引发的扭转变形。

（2）楼层剪力最小。该原则强调设计楼层结构时应采用大开间，尽量让侧向钢度结构达到理想状态，而楼层与楼层之间的扭矩系数必须控制在适中偏小，绝对不能超出限定范围值，可以有效减少结构楼层的自身重量，降低地震损伤。

2.3控制高层建筑结构扭转反应的理论基础

要控制高层建筑结构的扭矩反应，结构构件距离质心越远，构建抵抗扭矩反应的刚度和强度就越大，因此在高层建筑外围最大限度地设置抗侧力结构，以增加抗侧力结构的数量来增加结构主体的抗扭矩刚度。除此以外，还可以采取削减芯筒内的灌风力度来体征结构主体的周期比，适当设置剪力墙体结构，使建构主体的刚度能够分布更加均匀，提升预防地震带来的损伤。

3.高层建筑结构扭转反应控制措施

3.1加强对概念设计的重视

地震具有随机性和不可预测性，模拟的计算结果和实际的地震效应存在巨大差异，虽然进行精确严密的抗震计算是非常困难的，但是在高层建筑的概念设计时就将抗震设计引入，能够有效提高高层建筑的抗震能力。概念设计中的抗震设计可从以下几个方面着手：一是选好建筑场地，做好地基设计，选择有利避开地震带，根据地形、地势特点设计扎实稳固的地基；二是制定科学先进、合理规范的抗震结构设计，比如剪力墙结构设计、筒体结构等；三是合理布局高层建筑结构，明确设计草图和计算数据，确定合理的地震传播作用的行进路径，在建筑结构的主体平、立面设计时尽量保持对称、规则，合理规划建筑主体结构的抗震刚度和强度。

3.2改善结构平面狭长带来的影响

（1）在高层建筑结构建设施工时，在建筑主体中的框架柱中设置增加的框架跨数，提升高层建筑结构主体中连梁的线刚度，从而增加结构主体的抵抗扭矩反应的刚度和强度。能够有效改善结构平面狭长带来影响还可以应用框架剪力墙结构设计，这种设计能够有效提升结构主体的抗侧力，控制扭矩反应。

3.3合理增加建筑物抗侧力结构

（1）抗侧力结构布置要对称。在高层建筑的抗震设计中，设置合理的抗侧力部件是最重要的步骤之一。抗侧力部件的配置应该遵循均匀、对称、分散的原则。此外抗侧力部件在布置时尽量保持结构的质量中心与结构的刚度中心接近。

（2）增加建筑物外围的抗侧力结构。由于结构构件距离质心的越远，构建抵抗扭矩反应的刚度和强度就越大，因此要成功控制高层建筑结构的扭矩反应，在高层建筑外围最大限度地设置抗侧力结构，以增加抗侧力结构的数量来增加结构主体的抗扭矩刚度。因为增加建筑物外围的抗侧力结构数量能够分散建筑结构主体的抗震压力和强度，提高建筑主体的整体抗震能力。以深圳某小区为例，该小区的高层建筑主体结构的外围均设置了许多抗测力结构，如建筑结构立面、平面对称的抗风剪力墙结构设计等。除了增加抗侧力结构的数量外，还可以采取削减芯筒内的灌风力度来体征结构主题的周期比，使建构主体的刚度能够分布更加均匀，提升预防地震带来的损伤。

（3）强化已有抗侧力结构的刚度。强化高层建筑中现存抗侧力结构的刚度，能够有效提升原始测力结构实际抗震刚度。主要的强化已有抗侧力结构刚度的实施方法包括以下几种，一是在高层建筑外角部位设置单向的剪力墙结构，使之成为L型的剪力墙体，并将该形状的剪力墙体尽量拉长，这样可以成功规避外部结构里面在转角开窗，也能大大增加离建筑主体质心较远位置的监理墙的厚度，有效提高剪力墙体连梁的高度和长度；二是提升已有剪力墙体结构的抗扭矩刚度，改变高层建筑中楼面上部和窗台下部的高度，将其连贯成连梁，从而有效提升剪力墙体结构的抗扭矩刚度。

4.结束语

综上所述，有效控制高层建筑的扭转反应能够确保在地震作用下建筑物的安全可靠性，尽量减少地震对高层建筑物带来的损伤。要成功实现控制高层建筑扭转反应应该从高层建筑的设计概念上着手，将地震的扭转效应控制到最小，并在实际的工程实施中，通过改善高层建筑的结构平面狭长带来的影响，合理设置高层建筑抗侧力结构，使建筑结构的刚度中心与质量中心能够相契合，进一步减少扭转效应。

参考文献

[1]黄列巍.浅谈高层建筑结构的扭转反应控制[J].中华民居，2012，（3）：272-273.

[2]吕坚.浅议高层建筑结构设计中控制扭振效应的主要措施[J]科技风，2010，（5）：156-158.

作者简介：李涛 单位：武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司 专业：工程技术 自动化 研究方向：工程项目管理 学历：本科 出生年月：1980.05

李霆，本科（1983.04—），单位：武汉地质资源环境工业技术研究院有限公司 专业：工程技术、土木工程，研究方向：结构方向，职称：中级工程师、中级经济师endprint