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摘要：在城市建设用地日趋紧张的背景下，高层建筑的数量不断增多，而为了能够满足高层建筑各种各样的功能需求，高层建筑往往呈现出结构的不规则性。根据现行的相关规范和标准的要求，高层建筑的扭转不规则性需要控制在合理的范围内，否则将会影响到建筑结构的防震性能，给人们的生命财产安全带来威胁。本文对高层建筑结构的扭转反应控制进行探讨。
关键词：高层建筑结构；扭转反应；控制
1、建筑结构扭转原因分析
高层建筑结构之所以会发生扭转反应，其原因包括内因与外因两部分：
内因主要指的是高层建筑自身存在结构设计问题，建筑物的设计中需要充分加强结构的合理控制，如刚度中心、质量中心的合理设计，需要保证二者重合要求，避免建筑体的扭转效应导致的负面影响。一般建筑体需要保证钢心、质心在规定的轴线范围内，避免地面扭转导致的危害，保证剪刀墙不合理设计引起结构不稳。针对建筑体的抗震设计中，需要保证布置均衡、避免偏心的危害。
外因主要指的是外力干扰，抗震性是对建筑质量进行衡量的一个主要指标，如果建筑的抗震性较低，一旦发生地震，整栋建筑的震动会非常大，建筑在震动过程中所产生的动能也无法快速传递到地面中。另外，发生地震时不仅对导致建筑物震动，还会造成整个楼体的扭转，如果建筑没有较强的抗侧刚度，就很容易会发生楼体断裂或坍塌。因此，地震是造成建筑产生扭转反应的主要外因。
2、高层建筑结构的扭转反应控制
2.1加强或削弱结构抗侧刚度
在偏心率得到控制的情况下，对结构抗扭刚度和抗侧刚度的比例关系进行调节，加强楼层的抗扭刚度，从而使结构抗扭的综合能力得到增强，满足周期比要求。所谓的加强抗侧刚度是相对于位移角的规范限制而言的，如果高层建筑整体抗侧刚度还达不到要求，但位移角刚已经达到要求，这时候就需要加强抗侧刚度；如果整体结构的抗侧刚度已经达到要求，但位移角刚还是小于常规的限值，就要适度削弱结构抗侧刚度，以达到平衡状态。
2.2小高层框架结构的设计分析
结构设计中，经常遇到长体结构形式，需要进行伸缩缝的特殊处理，在施工条件满足要求的状况下，需要对端部进行开间抗侧刚度加强处理。其具体做法分析如下：增大框架结构的截面，延长梁体的实际高度。施工允许范围内，需要进行框架跨数增加的方法实现刚度优化，保证梁的线刚度实现加强，提高抗扭转的应对能力。
2.3周期比的控制
周期比是以扭转为主的固有结构的振型周期与平均振型周期之间的比值。针对建筑结构周期比的具体控制，可以根据建筑结构的具体特征，从两个方面考虑周期比的控制：一方面是针对结构布置均匀的建筑，其周期比为非耦连之间的周期比。另一方面则是针对结构布置不均匀的建筑，其周期比为耦连与耦连的周期比。其中的第一种情况，周期比主要反映了建筑抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系。当周期比较小时，表示建筑的抗扭刚度大；而当周期比较大时，则说明建筑的抗扭刚度较小。而第二种条件下，周期比也反应出了建筑抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系，与第一种情况的周期比之间存在一定的关系。当建筑结构的偏心率较小且耦连周期比满足规程要求时，则与非耦连之间的周期比非常接近。在建筑结构设计工作中，建筑结构的耦连周期比可以直接计算，而非耦连周期比则无法直接进行计算，这主要是由高层建筑的钢心问题引起的。面对这种情况，目前尚未出现较好的解决办法，通常直接通过耦连周期比进行监控。
2.4位移比控制
所谓位移比，反映的是整體建筑中，每一层的扭转程度，主要指的是建筑结构中，位移和层问位移之比。如果一个高层建筑中，同一楼层两端的相关参数不一致，在发生地震的过程中，就很容易产生扭转反应，因此，对位移比进行控制，也是降低扭转反应发生率的一个主要途径。在实际工程中，如果建筑的结构相对规整，而且没有出现偏心现象，位移比没有问题，但周期比不满足要求，那么就说明建筑的结构布置不合理，可能是刚度分布问题，也可能是抗扭刚度问题，需要重新对建筑结构进行调整；如果建筑的位移比和周期比都没有问题，但结构不规整，而且存在偏心现象，那么就说明建筑已经存在扭转反应，需要通过对位移比的调整来提升建筑的抗扭刚度。对于一般的高层建筑来说，地层的位移比需要控制在1.5～1.8之间，上层的位移比需要控制1.4～1.5之间。
2.5布置抗震墙
在不违背建筑方案的前提下，要在建筑物的外体上布置能够起到抗震作用的钢筋水泥墙，钢筋水泥抗震墙作为抗侧力结构构件，在抵抗扭转反应力方面有着重要作用。钢筋水泥抗震墙的布置要均匀、连续，而且要顺着建筑物高度方向走，墙体刚度随建筑物层数增高而逐渐减小，只有按照上述要求来布置抗震墙，才能真正起到抵抗扭转反应，避免结构体出现薄弱部位。
3、单塔楼与多塔楼中的扭转反应控制分析
3.1单塔楼的扭转反应控制分析
根据规程要求，在进行单塔楼结构的扭转反应控制时，需要严格进行周期比和位移比的控制。而如果无法对这两项内容进行有效控制，还需要证明该建筑结构抗扭刚度较低，并且采取相应的措施进行结构调整。
一方面，如果建筑质量分布均匀，并且建筑结构也比较均匀，但是又未达到周期比和位移比要求，还要适当增加单塔楼的抗扭刚度和抗侧刚度，以便将周期比和位移比控制在规定范围内。另一方面，针对质量分布和结构都不均匀的建筑，需要在控制周期比的同时进行偏心率的提升，从而使位移比的要求得到满足。在设计的过程中，也需要同时进行周期比和位移比的减小，从而使建筑设计满足规定要求。
3.2多塔楼中的扭转反应控制
目前，规程中针对多塔楼扭转反应控制的内容较少，因此，在进行多塔楼设计时，需要结合工程实际情况进行合理调整。根据多塔楼上部的连接形式可以将其分为两类：第一类是上部无连接的多塔楼，由于无法将其与单塔楼建立清楚的对应关系，因此难以对其周期比和位移比进行计算。而如果多塔楼存在刚性连接结构，则会使多塔楼之间形成真题的扭转振型效应，对于这类结构，需要将多塔楼结构看作一个较大的单塔楼结构来分析，以单塔楼计算方法对其周期比进行计算，确保计算结构的准确性。
4、结束语
现代建筑中，高层建筑的规模数量不断增加，其抗侧刚度、抗扭刚度等物性参数对结构稳定性具有重大意义。为此，扭转反应的控制中需要充分加强对偏心现象的控制，若建筑体质量不均、刚度不均，需要对地震状况下的扭转效应进行防控处理，加强周期比、位移比的处理，保证抗侧刚度的合理性。可提高抗震墙的应用，借助框架结构实现扭转控制的目的，提高建筑体的稳定性、合理性科学性。
参考文献：
[1]高层建筑结构设计不规则性的研究与应用分析[J].王海波.价值工程.2016（07）.
（作者单位：滁州市百家机电工程有限公司）
关键词：高层建筑结构；扭转反应；控制
1、建筑结构扭转原因分析
高层建筑结构之所以会发生扭转反应，其原因包括内因与外因两部分：
内因主要指的是高层建筑自身存在结构设计问题，建筑物的设计中需要充分加强结构的合理控制，如刚度中心、质量中心的合理设计，需要保证二者重合要求，避免建筑体的扭转效应导致的负面影响。一般建筑体需要保证钢心、质心在规定的轴线范围内，避免地面扭转导致的危害，保证剪刀墙不合理设计引起结构不稳。针对建筑体的抗震设计中，需要保证布置均衡、避免偏心的危害。
外因主要指的是外力干扰，抗震性是对建筑质量进行衡量的一个主要指标，如果建筑的抗震性较低，一旦发生地震，整栋建筑的震动会非常大，建筑在震动过程中所产生的动能也无法快速传递到地面中。另外，发生地震时不仅对导致建筑物震动，还会造成整个楼体的扭转，如果建筑没有较强的抗侧刚度，就很容易会发生楼体断裂或坍塌。因此，地震是造成建筑产生扭转反应的主要外因。
2、高层建筑结构的扭转反应控制
2.1加强或削弱结构抗侧刚度
在偏心率得到控制的情况下，对结构抗扭刚度和抗侧刚度的比例关系进行调节，加强楼层的抗扭刚度，从而使结构抗扭的综合能力得到增强，满足周期比要求。所谓的加强抗侧刚度是相对于位移角的规范限制而言的，如果高层建筑整体抗侧刚度还达不到要求，但位移角刚已经达到要求，这时候就需要加强抗侧刚度；如果整体结构的抗侧刚度已经达到要求，但位移角刚还是小于常规的限值，就要适度削弱结构抗侧刚度，以达到平衡状态。
2.2小高层框架结构的设计分析
结构设计中，经常遇到长体结构形式，需要进行伸缩缝的特殊处理，在施工条件满足要求的状况下，需要对端部进行开间抗侧刚度加强处理。其具体做法分析如下：增大框架结构的截面，延长梁体的实际高度。施工允许范围内，需要进行框架跨数增加的方法实现刚度优化，保证梁的线刚度实现加强，提高抗扭转的应对能力。
2.3周期比的控制
周期比是以扭转为主的固有结构的振型周期与平均振型周期之间的比值。针对建筑结构周期比的具体控制，可以根据建筑结构的具体特征，从两个方面考虑周期比的控制：一方面是针对结构布置均匀的建筑，其周期比为非耦连之间的周期比。另一方面则是针对结构布置不均匀的建筑，其周期比为耦连与耦连的周期比。其中的第一种情况，周期比主要反映了建筑抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系。当周期比较小时，表示建筑的抗扭刚度大；而当周期比较大时，则说明建筑的抗扭刚度较小。而第二种条件下，周期比也反应出了建筑抗扭刚度与抗侧刚度之间的关系，与第一种情况的周期比之间存在一定的关系。当建筑结构的偏心率较小且耦连周期比满足规程要求时，则与非耦连之间的周期比非常接近。在建筑结构设计工作中，建筑结构的耦连周期比可以直接计算，而非耦连周期比则无法直接进行计算，这主要是由高层建筑的钢心问题引起的。面对这种情况，目前尚未出现较好的解决办法，通常直接通过耦连周期比进行监控。
2.4位移比控制
所谓位移比，反映的是整體建筑中，每一层的扭转程度，主要指的是建筑结构中，位移和层问位移之比。如果一个高层建筑中，同一楼层两端的相关参数不一致，在发生地震的过程中，就很容易产生扭转反应，因此，对位移比进行控制，也是降低扭转反应发生率的一个主要途径。在实际工程中，如果建筑的结构相对规整，而且没有出现偏心现象，位移比没有问题，但周期比不满足要求，那么就说明建筑的结构布置不合理，可能是刚度分布问题，也可能是抗扭刚度问题，需要重新对建筑结构进行调整；如果建筑的位移比和周期比都没有问题，但结构不规整，而且存在偏心现象，那么就说明建筑已经存在扭转反应，需要通过对位移比的调整来提升建筑的抗扭刚度。对于一般的高层建筑来说，地层的位移比需要控制在1.5～1.8之间，上层的位移比需要控制1.4～1.5之间。
2.5布置抗震墙
在不违背建筑方案的前提下，要在建筑物的外体上布置能够起到抗震作用的钢筋水泥墙，钢筋水泥抗震墙作为抗侧力结构构件，在抵抗扭转反应力方面有着重要作用。钢筋水泥抗震墙的布置要均匀、连续，而且要顺着建筑物高度方向走，墙体刚度随建筑物层数增高而逐渐减小，只有按照上述要求来布置抗震墙，才能真正起到抵抗扭转反应，避免结构体出现薄弱部位。
3、单塔楼与多塔楼中的扭转反应控制分析
3.1单塔楼的扭转反应控制分析
根据规程要求，在进行单塔楼结构的扭转反应控制时，需要严格进行周期比和位移比的控制。而如果无法对这两项内容进行有效控制，还需要证明该建筑结构抗扭刚度较低，并且采取相应的措施进行结构调整。
一方面，如果建筑质量分布均匀，并且建筑结构也比较均匀，但是又未达到周期比和位移比要求，还要适当增加单塔楼的抗扭刚度和抗侧刚度，以便将周期比和位移比控制在规定范围内。另一方面，针对质量分布和结构都不均匀的建筑，需要在控制周期比的同时进行偏心率的提升，从而使位移比的要求得到满足。在设计的过程中，也需要同时进行周期比和位移比的减小，从而使建筑设计满足规定要求。
3.2多塔楼中的扭转反应控制
目前，规程中针对多塔楼扭转反应控制的内容较少，因此，在进行多塔楼设计时，需要结合工程实际情况进行合理调整。根据多塔楼上部的连接形式可以将其分为两类：第一类是上部无连接的多塔楼，由于无法将其与单塔楼建立清楚的对应关系，因此难以对其周期比和位移比进行计算。而如果多塔楼存在刚性连接结构，则会使多塔楼之间形成真题的扭转振型效应，对于这类结构，需要将多塔楼结构看作一个较大的单塔楼结构来分析，以单塔楼计算方法对其周期比进行计算，确保计算结构的准确性。
4、结束语
现代建筑中，高层建筑的规模数量不断增加，其抗侧刚度、抗扭刚度等物性参数对结构稳定性具有重大意义。为此，扭转反应的控制中需要充分加强对偏心现象的控制，若建筑体质量不均、刚度不均，需要对地震状况下的扭转效应进行防控处理，加强周期比、位移比的处理，保证抗侧刚度的合理性。可提高抗震墙的应用，借助框架结构实现扭转控制的目的，提高建筑体的稳定性、合理性科学性。
参考文献：
[1]高层建筑结构设计不规则性的研究与应用分析[J].王海波.价值工程.2016（07）.
（作者单位：滁州市百家机电工程有限公司）