高层建筑结构扭转控制及调整

【摘要】：本文详细阐述了高层建筑结构扭转问题，探讨了引起扭转的两个指标位移比和周期比的参数，结合设计经验指出在设计中进行相应的调整，加强结构抵抗扭转的能力，以减小结构的扭转，是结构更加合理。

【关键词】：结构扭转楼层位移比周期比

中图分类号： [TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1.前言

地震造成的建筑物扭转破坏的实例很多，对结构的危害很大。减小结构扭转引起的破坏一般从两个方面考虑，一是减小结构在地震作用下的扭转效应，二是增加结构抵抗扭转的能力。结构的楼层位移比和周期比是结构扭转控制的两个重要指标，在高层结构设计时如何计算和调整，必须予以重视。

2、结构扭转控制的两个指标

1）楼层位移比

楼层位移比是指在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层最大水平位移和层间位移与该楼层平均水平位移和层间位移的比值。《高规》3.4.5条规定A级高度高层建筑不宜大于1.2，不应大于1.5；B级高度高层建筑、复杂高层建筑不宜大于1.2，不应大于1.4。

2）扭转平动周期比

结构的扭转平动周期比是指在结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。《高规》3.4.5条规定A级高度高层建筑不应大于0.9，；B级高度高层建筑、复杂高层建筑不应大于0.85。

3）楼层位移比与周期比在限制结构扭转方面的异同

楼层位移比的限制的是楼层端部的最大位移与平均位移的相对关系，关注的是结构实际承受的扭转效应；而扭转平动周期比限制的是对结构扭转刚度与平动刚度的相对关系，关注的是结构抗扭能力大小的要求。通过以上分析可以看出，结构实际存在的扭转和结构的抗扭能力是两个不完全相同的问题，二者都与结构的抗扭有关，但关注的角度不同。

3、结构扭转位移比计算和周期比计算时应注意的问题

1）在进行结构的楼层位移比和周期比计算时应采用刚性楼板假定。结构的楼层位移比和周期比计算主要是考察结构的整体扭转效应和抗扭能力。当楼板不符合刚性楼板假定的情况下，计算出的结果可能是结构平面中某一点的局部位移和振动，不能反映结构的整体扭转情况。因此，不论是否满足楼板刚性假定，位移比和周期比均应按刚性楼板假定进行计算。

2）楼层位移比计算时，在规定水平地震力作用下应考虑偶然偏心影响。

3）《高规》4.3.2条规定，质量与刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响。质量与刚度分布明显不对称的结构如何界定，规范没有给出明确的定义,一般认为，在考虑偶然偏心影响的规定水平力作用下，楼层位移比大于1.2时，可以认为结构的质量与刚度分布明显不对称。

因此，在这种情况下需要考虑双向水平地震作用下的扭转影响。在计算双向水平地震作用时，可不考虑偶然偏心影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的结果进行比较，取不利的情况进行设计。

4）结构的周期比计算时，可直接计算结构的固有自振特征，不必附加偶然偏心的影响。

4、结构扭转位移比和周期比的调整

1）结构扭转位移比主要目的是为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应,但实际的工程中很难避免此类情况,如果结构扭转位移比较大时，可通过以下方法调整：

a、结构最大水平位移往往出现在结构的边角部位；因此应注意调整结构对应位置抗侧力构件的刚度，减小结构刚心与质心的偏心距。

b、通过计算找出位移最大的节点，加强该节点对应的墙、柱等构件的刚度。也可找出位移最小的节点削弱其刚度。

c、同建筑师协商调整建筑平面或通过设缝等手段使结构平面简单、对称、规则，减少结构楼层处各点相对位移。

2）、结构的周期比主要是为限制结构的抗扭刚度，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足规范要求，说明结构的抗扭刚度相对于侧移刚度较小，扭转效应过大，结构抗侧力构件布置不合理。结构周期比不满足时，可通过以下方法调整：

a、抗侧力构件对结构扭转刚度的贡献与其距结构刚心的距离成正比关系，结构的抗侧力构件对结构的扭转刚度贡献最大。当第一振型为扭转或第一二振型为平动而周期比不满足时，说明结构的抗扭刚度相对于其两个主轴的抗侧移刚度过小，此时宜沿两主轴适当加强结构的刚度，并适当削弱结构内部的刚度加以调整。

b、抗规3.5.3条3款及条文说明“结构在两个主轴方向的动力特性宜相近”，一般认为结构两个主轴方向第一平动周期相差不大于20%为相近。结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及以后。

结构布置时应尽量避免使两个方向刚度相差较大,特别是对长宽比较大的平面，由于先天因素决定了两个方向的刚度相差会较大，第二周期很容易出现扭转。第二周期为扭转说明结构沿两个主轴方向的抗侧移刚度相差较大，结构的抗扭刚度相对其中一主轴的抗侧移刚度是合理的，但相对于另一主轴的抗侧移刚度则过小。当第二振型为扭转时，周期比一般较难满足规范的要求，在抗侧力构件布置时应注意加强抗侧刚度小的主轴方向的刚度。

5. 结论

调整结构平面布置的不规则性，减少结构相对位移、调整结构的抗扭刚度与抗侧刚度的比值，加强结构抵抗扭转的能力是结构扭转控制的主要途径，在实际工程中需要工程师运用所掌握的概念、规范及经验做出具体的分析和采取具体措施，使结构计算更加合理。

参考文献

【1】《建筑抗震设计规范》中国建筑工业出版社 2011-12-01

【2】《高层建筑混凝土结构技术规程》中国建筑工业出版社 2011-10-01