徐献清
（身份证号码：37032119910207XXXX，山东济南 250003）
摘要：在建筑结构设计中，规定建筑和建筑抗侧力结构平面布局应保持对称与规则，同时具有较好的整体性。建筑竖面、立面应规则，结构侧向刚度应均匀变化，而不应该使用严重不规则的结构。伴随国内社会经济和科学技术的不断提升，人们思想也得到不断更新，严格意义的规则建筑工程越来越少，大量标新立异、新颖独特的建筑工程拔地而起。它们的产生一方面给城市建筑带来了全新的面貌，另一方面也给结构设计者带来了全新的挑战。怎样遵循规范性原则，针对不规则高层建筑结构实施设计和计算，便成为了工程项目设计过程中亟待处理的关键性问题。本文浅析高层建筑中平面不规则的结构设计措施。
关键词：高层建筑；平面不规则设计；构件设计
引言
对高层建筑结构进行设计的过程中，必须重视其平面布置的规则性。一旦高层建筑平面设计不规则，将会造成安全事故的产生，这主要是因为一旦结构不规则，其平面质量中心和刚度中心将无法集中在一点，最终结构将会产生扭转现象。更为严重的情况下，将直接破坏结构的稳定性。所以，对此课题进行研究具有较强的现实意义。
1高层建筑结构设计的特点
1.1水平力是设计主要因素
设计在多层建筑结构设计中，主要考虑结构竖向荷载。结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑结构高度的两次方成正比。另一方面，对于一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力特性的不同而有较大的变化。
1.2侧移成为控制指标
与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素，另外，高层建筑随着高度的增加、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度。
1.3抗震设计要求更高
有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
1.4减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要
高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，作用于结构上的地震剪力大，地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。
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，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
垂直荷载的定义容易被理解，它是一种活荷载，产生于建筑物本身和它的楼层、屋面。这是建筑结构中最为基本的一种荷载力，它对建筑物的作用时间长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通常在建筑物结构中，垂直荷载的传力主要是指楼屋盖梁板垂直荷载的受力点、线、通过楼屋面板、梁将垂直荷载传递到竖向构件墙、柱，最终由墙柱逐层传递到基础。一般而言，风荷载是常见高层建筑结构中必不可少的水平荷载。另外，高层建筑结构不能超过风震加速度的最大额度，这是为了避免造成建筑物的振动过大，直接影响到其使用效果。
2.3.结构的合理刚度
2.3.1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。
2.3.2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。
3关于扭转效应产生的原因分析以及控制
3.1扭转效应产生的原因分析
3.1.1外界因素
地震波通过地面时的运动是一个复杂的过程，这主要是因为它各点的周期和相位存在较大差异。地面质点间运动是不相同的，所以能够使地面的每一部分在产生平动分量的同时，也产生转动分量。这种转动分量将会导致结构出现扭转振动和扭转效应，与结构的对称性没有直接关系。
3.1.2建筑结构本身的因素
对建筑物结构进行抗震分析时，普通的工程是把这个结构视为一个平面模型，对其主轴方向分别计算。某种意义上说，它的分析方法是具有一定的局限性，一般是针对质量中心和刚度中心相重合的建筑结构结构而言的。然而，相反的情况下，采用平面模型的方法就无法适应实际需求。究其原因，可以发现地震时，质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩，使得建筑结构产生扭转耦联的空间振动。
3.2关于扭转效应的控制
总而言之，对于高层建筑平面不规则结构设计而言，其有关扭转不规则的条款和控制指标为位移比和周期比。同时，偶然偏心距也是影响结构设计的一个重要部分。在控制周期比时，必须观察建筑的自身性能，进行这项工作的主要目的是为使结构的抗扭刚度符合有关标准。而位移比的规定则是与前者存在较大差别，它是通过另一个侧面来反映结构的规则性、对称性，以及质量刚度能否符合规定。在一些制度中，采用这两个指标的重要原因是结构的刚心和质心位置无法直接通过定量计算得出。此过程中，可以明确地指出一个问题：仅仅只从位移比来判断结构为扭转规则或扭转不规则的方法不够科学。
结语
随着城市建设的发展，高层建筑越来越多，不规则平面高层建筑结构日新月异，如何加强此类建筑的抗震设计和稳定性设计是需要重点考虑的内容，为此，上文就不规则性高层建筑结构设计的相关内容进行了探析，以此提高此类建筑的安全性。
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论文作者:徐献清
论文发表刊物:《中国住宅设施》2018年1月下第2期
论文发表时间:2018/9/18
标签：结构论文; 刚度论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 建筑结构论文; 结构设计论文; 不规则论文; 《中国住宅设施》2018年1月下第2期论文;