抗震设计中，扭转耦联是指结构在水平地震作用下，平动（x 向、y 向）与扭转（绕 z 轴）振动相互影响的现象，尤其对于平面不规则（如质量、刚度分布不均匀）的结构，扭转耦联效应会显著放大结构内力和变形，增加倒塌风险。

因此，需通过设计原则、计算方法、构造措施三大维度系统考虑扭转耦联，确保结构抗震安全性。

一、扭转耦联的核心影响因素：先明确 “为何会耦联”

扭转耦联的本质是结构质量中心（质心，Cₘ） 与刚度中心（刚心，Cₖ） 不重合，导致水平地震力产生 “附加扭矩”，进而引发平动与扭转的耦合振动。

主要影响因素包括：

• 平面不规则性：如建筑平面为 L 形、T 形、梯形，或局部收进、大开洞，导致刚度分布不均；
• 质量分布不均：如某一层局部布置重型设备、填充墙集中在一侧，导致质心偏移；
• 抗侧力构件布置失衡：如框架柱、剪力墙仅集中在建筑一侧，导致刚心偏离质心；
• 竖向刚度突变：如某一层因功能需求减少抗侧力构件（如底层架空），导致该层扭转刚度骤降，成为扭转薄弱层。

二、扭转耦联的设计原则：“控制偏移 + 避免薄弱”

设计需遵循 “减小质心 – 刚心偏移、强化扭转刚度、避免薄弱层” 的核心原则，从源头降低扭转耦联效应，具体包括：

1. 平面布置：优先实现 “质心 – 刚心重合”

刚度均匀化：抗侧力构件（剪力墙、框架柱）需沿平面双向对称布置，避免单侧集中。

例如：L 形平面应在转角处加强刚度，或通过调整构件截面（如增加短肢剪力墙厚度）使刚心向质心靠拢；

质量均匀化：避免局部堆放重型荷载（如水箱、机房），若无法避免，需通过调整抗侧力构件位置，使刚心随质心同步偏移，减小偏移距（e）；
限制不规则程度：根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010，2016 年版），需控制 “扭转位移比”（楼层最大弹性水平位移与平均位移的比值）：规则结构：扭转位移比≤1.2；

不规则结构（需进行扭转耦联计算）：扭转位移比≤1.5（多遇地震下），若超过 1.5 需采取专项措施（如增设抗扭构件）。

2. 竖向设计：避免扭转刚度突变

抗侧力构件的截面尺寸、数量应沿竖向渐变，避免某一层因构件减少导致扭转刚度骤降（如底层取消部分剪力墙）；

对 “竖向不规则结构”（如刚度突变层），需按规范要求提高该层的抗震等级（如框架抗震等级提高一级），并增大构件配筋率。

三、扭转耦联的计算方法：“精准量化 + 多工况验证”

需通过结构动力学分析量化扭转耦联效应，确保计算结果能反映实际振动状态，常用方法如下：

1. 计算模型：采用 “空间杆系 / 壳元模型”

摒弃仅考虑平面平动的简化模型，采用空间有限元模型（如 PKPM、YJK、ETABS），准确模拟构件的空间受力（平动 + 扭转）；

对于剪力墙结构，需采用 “壳元” 或 “墙元” 模拟，避免用 “等效柱” 简化导致的刚度计算偏差；

对于框架 – 剪力墙结构，需考虑框架与剪力墙的空间协同工作。

2. 地震作用计算：强制考虑扭转耦联

根据规范要求，以下情况必须采用扭转耦联振型分解反应谱法（CQC 法）计算地震作用，而非仅考虑平动的 “底部剪力法”：

• 平面不规则结构（质心 – 刚心偏移较大，扭转位移比＞1.2）；
• 高度超过 100m 的高层建筑；
• 竖向不规则结构（存在刚度突变层）；
• 多塔结构、连体结构等复杂体型建筑。

计算核心：

通过求解结构的 “空间振型”（每个振型包含 x 向平动、y 向平动、绕 z 轴扭转三个分量），利用 CQC 法叠加各振型的地震效应，从而计入平动与扭转的耦合影响。

某振型以 x 向平动为主，但伴随少量扭转，该扭转分量会对结构边缘构件（如角柱）产生附加扭矩，需通过 CQC 法捕捉。

3. 关键参数控制：验证扭转效应

计算完成后，需重点核查以下参数，确保扭转耦联效应被合理控制：

四、扭转耦联的构造措施：“强化抗扭 + 约束变形”

除计算控制外，需通过构造措施进一步提升结构的抗扭能力，避免 “计算达标但构造失效”：

1. 增强抗扭构件的刚度与延性

框架柱：角柱、边柱（受扭转影响较大）需增大截面尺寸（如角柱截面比中柱大 10%~20%），并提高配箍率（体积配箍率比中柱提高 0.1%~0.2%），确保柱的抗扭延性；

剪力墙：优先采用 “整体墙” 或 “小开口整体墙”，避免过多开洞导致墙体碎片化（降低抗扭刚度）；洞口布置需对称，洞口边缘需设置暗柱、端柱加强；

楼板：扭转效应会通过楼板传递，需保证楼板厚度（如普通楼层≥120mm，薄弱层≥150mm），并在楼板边缘、洞口周边增设附加钢筋（如双层双向配筋），避免楼板开裂导致扭转传递失效。

2. 限制偶然偏心：考虑施工误差的附加影响

实际施工中，质心 – 刚心的偏移可能因材料密度、构件尺寸偏差进一步扩大，因此规范要求：

在扭转耦联计算中，需额外考虑 “偶然偏心”—— 将每层质心沿 x 向、y 向分别偏移该层平面尺寸的 5%（或 0.15m，取较大值），重新计算地震作用，验证结构在 “计算偏移 + 偶然偏移” 下的安全性。

3. 弹塑性分析验证（复杂结构）

对于扭转效应显著的复杂结构（如扭转位移比接近 1.5、高度超 150m），需采用弹塑性静力分析（推覆分析，Pushover） 或弹塑性动力时程分析，模拟地震作用下结构的塑性发展过程：

验证扭转薄弱层是否发生 “塑性铰集中”（如某一层柱大量屈服）；

确保结构在罕遇地震下，扭转变形不超过限值（如层间位移角≤1/50），且抗扭构件（如角柱）不发生脆性破坏。

源头控制：通过平面、竖向规则化设计，减小质心 – 刚心偏移，从根本降低耦联效应；

精准计算：采用空间模型 + 扭转耦联振型分解法，量化扭转对内力、变形的影响；

构造兜底：强化抗扭构件（角柱、剪力墙、楼板）的刚度与延性，确保计算结果落地为安全的结构体系。

对于复杂体型建筑（如 L 形、多塔），重点核查扭转位移比、周期比等参数，并通过弹塑性分析验证，避免因扭转耦联结构抗震性能失效。

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