摘要：受经济与社会快速发展影响，近年来我国建筑业发展迅速，不规则结构高层建筑的大量涌现便能够证明这一认知。基于此，本文简单分析了高层建筑不规则结构设计类型划分及设计要点，并围绕L型平面不规则高层建筑结构设计开展了深入探讨，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：高层建筑；不规则结构；设计
引言
在保证建筑功能完善，结构体系合理的同时，应彰显建筑的个性和美感，因此，进行高层建筑设计时，可融入不对称结构以及不规则结构设计。例如，在高层建筑中，加入不规则设计元素，使建筑高低错落有致，凸凹大小不一，一扫建筑的平庸与呆板，增强建筑的浪漫与灵动，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鸟巢建筑，沈阳盛京大剧院都是建筑与艺术的完美结合，是不规则设计的精美之作。然而，要实现不规则设计，并非易事，需要调动建筑师的灵感与智慧，并进行多次计算复核与优化设计，以保证高层建筑的使用功能与美观相统一。
1高层建筑不规则结构设计类型划分
1.1平面不规则设计
这种不规范结构设计可以从以下三个角度分析：首先，平面刚度偏心。平面刚度包括平面外刚度和平面内刚度，其中平面外刚度是指垂直载荷作用方向上的刚度，而平面内刚度是指荷载作用方向上的刚度。在实际的建筑结构中，结构的模型、施工环境以及承受的荷载均与设计方案存在较大的差异，会出现平面刚度偏心的现象。其次，平面质量偏心。在对不同尺寸的结构平面进行设计时，可能会存在质量偏心的情况，与此同时，由于施工条件与设计结构的不同，也会造成质量偏心的情况。在平面规则结构设计中，对于偏心造成的影响，需要应用简化的效应方式提高结构强度，而对于高层建筑结构而言，必须满足相关规定与标准。再次，平面强度偏心。在建筑平面结构中，结构的应变与应力均与简化空间模型存在密切的联系。其中平面应变是指在相同平面内的所有应变，而平面应力则是指在相同平面内的所有应力。在高层建筑结构设计过程中，经常会忽略平面强度偏心对结构的影响。由于设计中的钢构件、钢筋型号、混凝土的配置都存在不确定性特点，所以，结构的设计强度会与实际强度间存在较大的差异，造成平面结构出现强度偏心现象，这种偏心现象很难得到有效的控制，因此必须引起足够的重视。
1.2竖向不规则结构
竖向不规则结构可细分为侧向刚度不规则、楼层承载力突变、竖向抗侧力构件不连续，具体特征如下：①侧向刚度不规则。多种情况均可能导致高层建筑产生竖向不规则结构，如为了形成空旷房间，在结构顶部取消部分墙、柱；结构上部楼层，且上部楼层水平尺寸的90%大于下部楼层；当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度1与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的75％；楼层侧向刚度小于其上相邻三层平均值的80%，或小于相邻上部楼层70%。②楼层承载力突变。对于A级高层建筑来说，如层间受剪承载力比在0.8以下，即可认定其存在楼层承载力突变，B级高层建筑则小于0.75。③竖向抗侧力构件不连续。水平转换构件会向下传递竖向抗侧力构件的内力，这同样属于高层建筑竖向不规则结构的重要特征之一。
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2高层建筑不规则结构设计
2.1增加建筑抗侧刚度
高层建筑的不规则设计与实际施工不可避免地会出现一些差异，因此，在对高层建筑进行不规则设计时，需要提高建筑的抗侧刚度与抗扭刚度，根据工程概况适当增加剪力墙面积，从而提高建筑结构的稳定性，或通过增加剪力墙厚度的方式使建筑结构的稳定性得到有效保证。除此之外，距离建筑物刚度中心较远的剪力墙也是影响结构稳定性的重要因素，在进行高层建筑不规则性结构设计时，也要注意该监理墙设计的合理性。
2.2尽量减少不规则结构的偏心距
通过一定的实践经验，我们可以得知，在进行高层建筑不规则结构设计的过程中，结构的偏心距与扭转效应之间的关系为线性关系。为了有效的降低高层建筑不规则结构可能发生的扭转效应，尽量降低楼层的位移比，需要对建筑结构中的平面结构进行适当的调整，确保结构狗的刚度中心与质量中心能够更加一致。在具体的施工中，需要对刚度结构进行初步的分析，并对不符合设计规范的建筑平面结构设计进行适当的调整，根据初步设计结果，能够确定建筑结构的刚度中心与质量中心。再将其与相关资料以及设计经验结合，对建筑结构的刚度进行准确的判断与分析，再将其与理论上的质量中心进行比较，对结构的抗侧力进行合理的调整。
2.3严格控制参数
为实现高水平的高层建筑不规则结构评测、分析、控制，一些重要控制参数必须得到重视，以通用的有限元分析软件SATWE为例，位移比、周期比、侧向刚度比、层间受剪承载力比等参数的限值及调整要求必须得到重视，具体控制如下：①位移比。位移比也被称作层间位移比，指的是按刚性楼板假定计算楼层的最大层间位移（或水平位移）与该楼层两端平均层间位移（或水平位移）的比值，该参数能够有效控制高层建筑结构平面的不规则性。一般情况下规则结构的位移比应控制在1.2内，A级不规则结构高层建筑的位移比也不应超过1.5，B级及转换、连体、多塔等复杂高层则应控制在1.4内。通过应用SATWE软件输出考虑偶然偏心影响、单双向地震的位移比即可更好为不规则结构设计提供支持，工程实际必须在设计中得到重点体现。②周期比。周期比指的是第一自振周期（以结构扭转为主）Tt与第一自振周期（以平动为主）Tl的比值，该参数可有效控制结构扭转效应。在高层建筑不规则结构设计中，通过严格控制周期比，即可保证结构平动变形在结构扭转变形之上，地震作用下的主振动效应也能够由此得到较好控制，最终实现结构扭转破坏的预防。对于A级不规则结构的高层建筑来说，周期比应控制在0.9内，B级及转换、连体、多塔等复杂高层则应控制在0.85内，考虑到SATWE软件的限制，设计人员需基于各振型特征与计算结果进行判断，必要时需通过改进结构设计方案解决周期比不满足要求情况，如进行内部主体结构的弱化、对周边主体结构进行加强。③侧向刚度比。该指标指的是相邻楼层间侧向刚度的比值，通过该参数可有效控制高层建筑的结构竖向不规则。结合上文围绕侧向刚度不规则开展的论述，如出现侧向刚度比指标无法满足规范要求情况，即可初步确定高层建筑的竖向不规则结构存在薄弱层，其地震剪力需乘以1.25的增大系数。通过应用SATWE软件，即可实现侧向刚度比的自动计算、地震剪力的自动放大。④层间受剪承载力比。该参数指的是相邻楼层间抗侧力结构受剪承载力的比值，通过该参数可有效控制高层建筑存在的结构竖向不规则。一般来说该参数需控制在0.8及以上，A级不规则结构高层建筑则需要控制在0.65以上，B级需控制在0.75以上。如层间受剪承载力比小于规范值，即可初步判断高层建筑存在结构薄弱层，这种情况下同样需放大地震剪力，SATWE软件可较好服务于层间受剪承载力比的计算、确定和控制。
结语
综上所述，高层建筑结构不规则设计已成为现代建筑设计与发展的趋势，不规则设计不仅能凸显建筑的特色，还能起到美化城市的作用，但是在追求建筑艺术性的同时，仍要重视建筑的质量，进而提升建筑的舒适性与安全性。
参考文献
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[2]付艺璇,满国君.关于高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].门窗,2013(7):190+193.
[3]姜海凤.关于高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].江西建材,2015(7).
论文作者:1马桂鹏,2刘莎莎,3乔继周
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/30
标签：不规则论文; 刚度论文; 结构论文; 高层建筑论文; 平面论文; 偏心论文; 楼层论文; 《基层建设》2019年第14期论文;