1、1高层建筑结构设计不规则性的研究与应用摘要：在建筑设计工作中，不规则的建筑结构给其带来很大的难题。笔者在文中简述了建筑行业中不规则建筑现状，并对不规则建筑的结构类型进行分析，并基于高层建筑结构不规则性，提出了相应的设计策略。关键词：不规则性；高层建筑；抗扭刚度比；偏心距 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 在工程设计过程中，由于各种因素的影响造成建筑物无法确保绝对的对称或规则性。一般来说，不规则建筑物表现大多为不连续的局部楼板、不规则的平面凹凸、建筑物沿竖向刚度上缺乏连续性以及不规则等。在工程实践中必须从建筑物结构整体着眼，精确判定其不规则区域，从而确保建筑结构在建模环节不
2、受影响，使其一系列布置措施与方案得以确定，并能够将建筑物自身结构的薄弱环节探查明确，使建筑结构整体更趋于合理化，同时还可使建筑物经济性以及安全性能得到不同程度的提升。不规则的建筑结构会在产生水平方向导致建筑物产生偏心测力，继而导致一定程度的扭转变形，结构抗侧力由此被削弱，同时还可能大幅增加工程造价。因而针对具有不规则性的建筑物，工程设计人员应采取各种措施对其结构形式加以改善，使其更趋向于规则、对称，从而使建筑物结构性能得到相应的提升。 2一、不规则建筑在国内的发展现状 随着经济的快速发展，科技水平不断提升，国内建筑行业也取得了丰硕的建设成果。随着城市化进程的不断加快，城市建设过程中对高层建筑的
3、外在形态以及美观性涌现了各种各样的需求，建筑设计师为满足这样的需求，对传统的建筑物设计理念不再遵循，跳出规则性以及对称性的约束，开始更多地尝试更新、更吸引人观感的高层建筑，此类建筑大多新颖别致、标新立异、独树一帜，其中大多都属于不规则、非对称式的高层建筑物。随着人们生活方式与生活理念的巨大转变，不规则且复杂的体型结构开始越来越多地出现在各大城市中，这是一种发展方向，预示着国内高层建筑今后的发展趋势。然而，此类不规则、不对称性高层建筑是城市中一道道引人注目的标志物和美丽风景，但其设计工以及实际建造却远比传统规则性建筑物更为复杂，为设计工作和施工建设带来重重困难。 二、不规则高层建筑的结构分型 不
4、规则高层建筑的结构分型大致包括两种：（1）不规则的平面结构，其中包括楼板局缺乏连续性、凹凸不规则、不规则扭转等；（2）不规则的竖向结构，其中包括竖向抗侧力构件缺乏连续性、不规则的竖向刚度、楼层承载力发生突变以及楼层间发生质量突变。对所述不规则的两种分型标准判断具体如下： （一）平面不规则 （1）不规则扭转：不规则扭转的判断依据为与每一楼层两端存在的3弹性水平位移相比，该楼层弹性水平位移最大值应不低于其平均数的 1.2倍；或层间位移最大值不低于其两端层间位移平均数的 1.2 倍。 （2）不规则凹凸：此类不规则判断标依据为与建筑结构投影方向尺寸总数值相比，其平面凹进一侧的面积不低于其 30%。 （
5、3）楼板局部缺乏连续性：其判断依据为平面刚度和楼板面积出现急剧改变。 （二）竖向不规则 （1）不规则的倾向刚度：其判断依据为与邻近上一楼层相比，本楼层侧向刚度数值低于其 70%；或不高于本楼层上方三个相邻楼层平均侧向刚度数值的 80%。在排除顶层尺寸的情况下与相邻下层水平方向尺寸相比，本楼层收进的局部部分应不低于其 25%。 （2）竖向抗侧力构件缺乏连续性：其判断依据为在竖直方向上，其抗侧力构件所受内力由水平转换构件加以转换继而向下方传递。 （3）楼层承载力发生突变：其判断依据是与上一层结构中抗侧力部分受剪程度相比，本楼层受剪程度不超过其80%。 （4）楼层间发生质量突变：其判断依据为与下一相
6、邻楼层相比，本楼层质量不低于其质量的 1.5 倍。 三、不规则建筑设计的应对策略 由一系列相关技术研究证实：建筑物若存在较大不规则性，过大的质量偏心或太弱的扭转刚度在地质灾难中均属于易出现破坏、坍塌事故的建筑物。在建筑物所受到的外力破坏因素中，扭转效应属于特别严重的一种，因而在工程实践中应采取合理措施有效限制建筑物扭转效应，其常用方法如下：（1）对于建筑结构的布置，应尽量避免其平面呈不规4则状，或加以严格限制，使建筑结构在一定程度上免于出现偏心过大现象，建筑物结构在此前提下所产生的扭转效应则会更大。 （2）针对建筑扭转刚度，应在合理数值范围内促进其最大化，避免其太过薄弱。第一自振周期 Tc 以
7、扭转为主，第一自振周期 T1 则以平动为主，而建筑结构所产生的扭转效应大致可依据 Tc 与 T1 两者的比值来判定，当 Tc 与 T1两者数值相对较为接近时，在振动耦连状效应的影响下，建筑物扭转效应会产生较为明显的增幅。以下是若干降低建筑物扭转效应的方法。 （一）采取有效措施减小建筑物相对偏心距 在某种程度上，建筑物相对偏心距与建筑物所产生的扭转效应呈线性关系。若要使扭转效应得到合理改善，对楼层位移比作更进一步的降低，则可利用对建筑物平面布置进行调整，促使建筑物刚心与质心两者更为接近。在工程实践中降低建筑物偏心距的方法为：在对结构平面作初步计算以及分析后方可对其不规则性布置进行调整，并充分利用
8、计算结果精确判断出建筑物的质心以及刚心，同时还应在工程实践经验与相关数据支持的前提下，对建筑物结构整体刚度分布加以精确判断，最终对那些与质心之间具有较大距离的抗侧力构件加以适当增减。 （二）对建筑物抗扭刚度比以及抗侧刚度进行调整 建筑物的结构周期比平方值与其扭转效应大致也呈线性关系。因而在建筑物设计过程中，可考虑对建筑结构周期予以适当减小。在剪力墙施工过程中，应尽量于限定范围内对周边剪力墙行增厚或加长处理，对于与刚心之间有着最远距离的剪力墙尤其应予以重视。而对结构抗扭刚度的强化通常采用将拉梁设置与建筑物边上，同时对建筑物整体结构扭5转周期加以缩小，此外还可利用提高周边连梁刚度。 （三）增强抗扭
9、构件自身的抗剪力 要使建筑物在强烈地质灾害下仍然保证安全无虞，则不能仅仅依靠对其结构布置进行调整。当建筑物结构整体处于非弹性时状态时，地震作用力则会对建筑结构施以双向水平受力，建筑结构则会随其形态变化而发生偏心。抗扭效应为构件抗剪力的重要制约因素。若将建筑物抗震性能纳入到考虑范围内，则应对构件抗剪性能加以强化，从而能够在强震影响下保证建筑物结构整体仍能处于弹性状态。 （四）防震缝的设置 具有复杂平面形状的建筑物常在工程实践中出现，而受到多方因素限制无法将其设计为结构规则的平面。在此种情况下可将建筑结构利用一定数量的防震缝将分割为若干相对简单的单元，这是很有必要的。例如当邻近建筑物具有较大的基础
10、沉降量时，则可设置抗震缝，同时还可兼作沉降缝。 结语： 在工程实践中，不规则的建筑结构会对其建模、结构布置以及薄弱楼层产生直接影响。笔者在此对高层建筑结构设计不规则性的研究与应用展开探析，希望有所指导和帮助。 参考文献： 1 黎玉婷.浅议高层建筑结构设计的不规则性J.城市建设理论研6究（电子版）,2012,(30). 2 蔡健,潘东辉,黄炎生等.高层建筑结构扭转振动效应控制研究J.工程力学,2007,24(7):116-121. 3 鲁晟男,张振山.高层建筑结构设计过程中常见问题的控制J.才智,2011,(19):39. 4 高桐.浅谈不规则性建筑结构抗震设计J.城市建设理论研究（电子版）,2011,(23). 5 宋江涛,王玉振,马在旺等.不规则性建筑结构抗震设计J.城市建设理论研究（电子版）,2012,(19). 6 吴雪梅,聂金琪.探析高层结构设计中相关问题J.科技致富向导,2012,(3):128.
