2.云南省机电一体化应用技术重点实验室
3.云南省机械研究设计院
摘要：在建筑结构的设计过程中，不规则性会在很大程度上直接影响到建筑物的结构布局和设计，从而对建筑物的安全性和稳定性产生影响。怎样结合建筑形体将结构布置的更为安全、经济、合理，是结构设计中的重要问题。本文以结构设计规范为依据，针对建筑结构的规则性进行简要分析，并提出设计中值得关注的问题。
关键词：结构设计，建筑形体，规则性
目前，有些项目在进行方案设计时，建设方和建筑设计师追求立面效果，要求方案设计新颖独特，忽略了建筑形体规则的重要性，导致施工图设计中细节部分不容易处理，抗震验算难以通过，配筋量加大，投资增加。强调建筑形体的规则性并不是希望所有的房子都一个样方方正正，而是应该把建筑、结构和其他相关专业综合考虑，这样才能做出经济美观实用的建筑作品。
1、建筑形体规则性的定义
《建筑抗震设计规范》规定“建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性”。建筑形体是指建筑平面形状和立面、竖向剖面的变化。规则建筑是指平面和立面简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀，平面布置基本对称。即在平立面、竖向剖面或抗侧力体系上，没有明显的、实质的不连续或突变，由此可见“规则性”是诸多因素的综合要求。结构规范的很多条文都提出设计要做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，这是规范的重中之重，也是规范的灵魂。
2、合理的建筑形体和布置在抗震设计中是至关重要的。
建筑物的规则性对抗震性能和经济合理性影响很大。震害数据表明，简单、对称的建筑 在地震时较不容易破坏。对称的结构因传力路径清晰直接比较容易估计其地震时反应，也容易采取抗震构造措施和进行细部处理。其次规则的建筑（尤其是规则的高层建筑）有良好的经济性，根据工程经验，较规则建筑物的周期比、位移比等结构的整体控制指标容易满足规范要求。同时由于地震力在各榀抗侧力构件之间的分配比较均匀，各结构构件的配筋大小适中，成本控制在一个合理的范围内。相反不规则结构则会出现扭转效应明显、局部出现薄弱部位等情况，从而使内力变大，计算配筋变大，局部抗震构造措施更加繁锁，工程造价有较大幅度的增加。在建筑的方案设计阶段就应该尽量采用规则建筑方案，即建筑平、立、剖应规则、简单、对称；结构侧向刚度、材料强度和质量的分布应均匀、连续，无突变，因为不规则的建筑在水平地震作用下容易产生扭转振动，进而破坏，应根据规范对结构进行内力调整并采取有效的抗震构造措施进行加强处理。
3、建筑结构选型的原则
《混凝土结构设计规范》中规定：选用合理的结构体、构件形式和布置；结构的平、立、剖布置宜规则，各部分的质量和刚度宜均匀、连续；结构传力途径应简捷、明确，竖向构件宜连续贯通、对齐；宜采用超静定结构，重要构件和关键传力部位应增加冗余约束或有多条传力途径；宜采取减小偶然作用影响的措施。
《建筑抗震设计规范》中规定：建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜优先选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。
《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定：高层建筑不应采用严重不规则的结构体系；结构的竖向和水平布置宜使结构具有合理的刚度和承载力分布，避免因刚度和承载力突变或结构扭转效应而形成薄弱部位；在高层建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀。不应采用严重不规则的平面布置。抗震设计的混凝土高层建筑，其平面宜简单、规则、对称，减少偏心；减少扭转的影响。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。
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4、建筑结构中不规则的问题
4.1不规则的类型：
（1）平面不规则：主要包括扭转不规则、楼板平面不连续以及凹凸不规则，扭转不规则是指位移比大于1.2。凹凸不规则是指平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。楼板局部不连续是指楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，楼板的有效宽度比这层楼板的典型宽度的一半还小，开洞的面积比这个楼层面积的30%还大，楼层错层较大。
（2）竖向不规则：竖向不规则的主要类型有侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变。侧向刚度不规则是指该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%。竖向抗侧力构件不连续是指竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递。楼层承载力突变是指抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。
4.2不规则建筑存在的危害：
（1）不规则一般会引起质心和刚心之间的偏心，以致结构出现较大的扭转。
（2）不规则结构往往会在一些部位产生应力集中，使结构在遇到较大的水平力如地震力时应力集中部位发生严重破坏。历次震害表明，不规则建筑在地震中较规则建筑更容易坍塌破坏，造成大量的生命财产损失和严重后果。
5、不规则建筑的加强措施：
5.1 平面不规则而竖向规则的建筑，应采用空间结构计算模型
（1）扭转不规则时，应计入扭转影响，且在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值与平均值的比值不大于1.5。（当最大位移远小于规范限值时，可适当放宽）
（2）凹凸不规则或楼板局部不连续：采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，高烈度或不规则程度 较大时，宜计入楼板局部变形的影响 当楼板平面比较狭长、有较大的凹 入或开洞时，应在设计中考虑其对结构产生的不利影响（考虑楼板变形影，对凹入或洞口的大小加以限制。
（3）平面不对称且凹凸不规则或局部不连续，可根据实际情况分块计算扭转位移比，对扭转较大的部位应采用局部的内力增大系数。
5.2 平面规则而竖向不规则的建筑，应采用空间结构计算模型，刚度小的楼层的地震剪力乘以不小于1.15的增大系数，其薄弱层应按规定进行弹塑性变形分析。
（1）竖向抗侧力构件不连续：水平转换构件的地震内力应根据烈度高低和水平转换构件的类型、受力情况、几何尺寸等，乘以 1.25~2.0 的增大系数。
（2）侧向刚度不规则：相邻层的侧向刚度比应依据其结构类型符合抗震规范相关章节的规定。
（3）楼层承载力突变：薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65%。
5.3 特别不规则的建筑应专门研究，采取更有效的加强措施或对薄弱部位采取相应的抗震性能化设计方法。
5.4 体型复杂、平、立面不规则的建筑，应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。
在建筑结构的设计过程中，不规则性会在很大程度上直接影响到建筑物的结构布局和设计，从而对建筑物的安全性和稳定性产生影响。因此，结构工程师在进行不规则建筑结构的设计时，应当提高重视程度，尽量避免出现薄弱的部位。如果出现，应当及时进行加强，以确保建筑结构的稳定和安全。
参考文献：
[1] 《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010 2016年版）
[2] 《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010 2015版）
[3] 《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010 J186-2010）
[4] 张毅.《高层建筑结构中结构布置的原则及要求》[J]《四川建材》2010
论文作者:马文莉1.2.3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/28
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