1、1高层建筑结构的不规则性研究及优化摘要：在实际工程中理想的绝对规则、对称的建筑物几乎上是不存在的。平面凸凹不规则、楼板局部不连续、不规则、竖向刚度不连续性、不规则属于平面不规则的建筑结构。建筑结构的不规则，对结构设计提出了严峻的挑战。本文简要阐述判断高层建筑结构不规则性的重要性及意义，分析了与高层建筑结构不规则性的相关问题，提出了高层建筑结构的不规则性设计中应采取的措施。 关键词：高层建筑 平面不规则性 优化措施 1.引言 在实际的工程中理想的绝对规则的、对称的建筑物几乎是不存在的。平面凸凹不规则性、楼板局部不连续或不规则、竖向刚度不连续及不规则性等都属于平面不规则的建筑结构。建筑结构的不规则
2、，对结构的设计提出了严峻的挑战。对于建筑结构不规则性的判断，在建筑结构设计中占有非常重要的地位。因为对建筑结构不规则性的判断，可以直接影响结构的建模、布置、薄弱楼层的判断是否准确、位移比例的控制，以及最后施工图设计。从而影响到整个结构布置的是否合理、安全、经济等方面问题。 结构的对称性内含于建筑结构之中，它主要指建筑中抗侧力的主体结构要对称。对称的建筑如平面对称的框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体框架结构等，是一般比较容易实现的2结构对称性。不对称的建筑如平面形状复杂的 L 型、T 型、型等建筑，以及楼梯间、电梯间偏于平面的一侧或一角的建筑等，但内含结构的基本对称仍是可
3、以实现的。结构的较大不对称、不规则，将引起结构在水平侧力（风荷载、地震荷载）作用下产生较大的扭转变形，不利于荷载结构抗侧力，不利于非结构构件如填充墙、幕墙的正常工作，同时要招致结构耗材、成本的较大增加。所以建筑物的主体对称性十分重要，要注意在尽可能条件下尽量予以满足，这点在建筑平面布置中尤需特别加以注意。 2.高层建筑结构不规则性有关的问题 2.1 高层建筑结构的对称性及均匀性的体现 （1）高层建筑主体抗侧力结构沿两个主轴方向的刚度是比较接近的、变形特性也比较相似。因为实际的高层建筑结构都是三纬空间，实际的地震荷载、风荷载都具有任意的方向性；只有高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀
4、，才会具有较好的抗震抗风的性能。 （2）高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面构成变化比较均匀不能突变。这里主要是指主体结构的剪切刚度不能突变。这种均匀的高层建筑可以避免因薄弱层的破坏而导致结构整体破坏，尤其是强震区的高层建筑结构需要特别注意。 （3）高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，要注意同一主体方向各个抗侧力结构刚度要尽量均匀，应避免在主体结构布置中的某一、二片刚度特别大而延性较差的结构的出现。同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，水平荷载作用下应力分布将比较均匀，有利于结构抗震延性3的实现。 （4）高层建筑主体抗侧力结构的水平布置还应注意中央核心与周边结构的刚度协调的均匀性，以保证主体结构具有
5、良好的抗扭刚度，避免高层建筑物在地震荷载或风荷载的扭矩作用下会产生过大的扭转变形而导致结构或非结构构件的破坏。 2.2 荷载的传力直接 荷载的传力直接是结构设计的基本要素之一。它的含义是使建筑物所受到的荷载能够通过最简捷明快的方式和途径从荷载的作用点传递到最终持力点。它包括垂直荷载的传力直接和水平荷载的传力直接。 垂直荷载是建筑物的自身和其楼、屋面的使用活荷载，北方地区包括屋面的雪荷载。它是建筑结构所承受的最基本荷载，长期作用在建筑物上。垂直荷载的传力通常是指由楼屋盖梁板垂直荷载的受力点（集中荷载） 、线（线荷载） 、通过楼屋面板、梁将垂直荷载传递到竖向构件墙、柱、而后由墙柱逐层传递到基础。
6、风荷载是高层建筑结构经常承受的重要水平荷载。从整体上来说，高层建筑结构在风荷载作用下要满足结构顶点水平位移、层间水平位移一定的限值要求，来避免因整体结构过大的侧向变形对结构产生的不利附加 P 效应和引起非结构构件如填充墙、幕墙、电梯等的破坏，从而影响建筑的正常使用。同时高层建筑结构通常还要满足风震加速度的一定限值要求，避免因振动过大，使建筑物中的人们生活、工作不舒适，影响建筑物的使用。 2.3 结构的合理刚度 4（1）楼屋盖结构的合理刚度 楼屋盖结构的刚度合理，主要是指楼屋盖梁板断面尺寸选择合理、布置适当。如果楼屋盖结构的刚度过小，会使梁板变形过大，影响美观，也容易造成地面装修、填充墙、门窗损
7、坏；如果楼屋盖结构的刚度过大，梁板断面大，结构自重增加，结构占据的空间过大，也影响建筑使用，同时将增加建筑物的成本。 （2）主体抗侧力结构的合理刚度 主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的水平位移、整体刚度、强度延性的要求，保证高层建筑结构能正常工作，这是高层建筑结构主体抗侧力结构的刚度的下限值，必须满足。但特别要指出的是，高层建筑结构抗侧力结构的刚度不宜过大，应该合理。 2.4 建筑空间的利用 结构在一个建筑中必定占据一定的空间。结构如何和建筑巧妙的结合，为建筑创造出更多有效的使用空间，也是高层建筑结构设计的重要指标之一。扁梁框架、宽扁
8、梁框架在高层建筑结构中的合理利用，有效地提高了建筑空间和使用空间，降低了建筑层高，改变了结构的延性，具有明显的综合技术经济效益，是高层建筑空间利用的一个好典型。应该说，如何做到使高层建筑结构中每一个构件都能较好地发挥既承受垂直荷载又承受水平荷载的能力。并且充分发挥高层建筑结构中每一个构件的整体空间抗侧力作用，才是一个好的高层建筑结构的设计。 3. 不规则高层建筑结构设计中应采取的优化措施 5（1） 限制建筑结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。 （2） 限制建筑结构的扭转刚度不能太弱。关键是限制扭转为主的第一自振周期 Tc 与平动为主的第一自振周期 T1 之比
9、。当两者接近时，由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。 （3）高层住宅建筑常采用字形、井字形平面，以利于通风采光，而将楼梯间、电梯间集中布置于中央部位。 当中央部位楼电梯间使楼板过分消弱时，此时应将楼点梯间周边的剩余楼板加厚， 并加强配筋。 （4）抗震设计时，当建筑平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。 （5）当 A 级高度高层建筑大于 1.4，B 级高度高层建筑、混合结构高层建筑或复杂高层建筑等大于 1.3 倍时，就属于扭转明显不规则，需要考虑双向水平地震作用下的扭转效应。 4.结论 高层建筑结构的不规则性为高层建筑结构的设计带来了挑战，合理的设计高层建筑的对称性和均匀性，荷载的传力直接以及结构的合理刚度都是高层建筑结构设计的主要考虑方面，对高层建筑的不规则性进行分析研究，并提出措施加以优化对高层建筑的设计具有重要的意义。 参考文献 1 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001）M.北京：中国建筑工业出版社，2001. 62 高层建筑混凝土结构技术（JGJ 3-2002）M.北京：中国建筑工业出版社，2002. 3 唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工J. 北京：中国建筑工业出版社，2002. 4 李国胜，赵西安.高层钢筋混凝土结构计算手册M. 北京：建筑工业出版社，2002.
