冯计喜
广东天元建筑设计有限公司大良名汇分公司 广东 佛山 528399
摘要：随着科学技术的发展，建筑行业也在不断进步，人们不再满足于传统单一建筑方法，对建筑设计有了更高的追求，往往好的建筑作品需要有好的灵感，建筑设计师根据别具一格的设计灵感，设计出独具一格的建筑。通过不规则的结构设计，使得建筑物具有自己的风格特征。不规则不对称的建筑虽然具有新意，很特别，但也给建筑施工人员带来很大的困难。在地震事故中，往往是那些在存在不规则性设计的建筑容易受到破坏。因此，就高层建筑结构设计不规则性进行研究具有十分重要的意义。
关键词：高层建筑 结构设计 不规则性 应用
引言：现如今，建筑行业和得到了突飞猛进的变革及发展，诸多新兴建筑拔地而起，并且高层建筑结构设计上的不规则性变得随处可见，诸如建筑物自身竖向刚度上的不规则、局部楼板的不规则、平面凹凸的不规则等。对于高层不规则建筑来讲，虽然不规则建筑能够给人们带来良好的视觉体验，但是需要设计人员对不规则性进行准确地判断，只有这样才能确保建筑结构的稳定性及安全性。
1.高层建筑结构设计不规则的特点和形式
由于社会经济的不断发展，人们的基本生活需求已经得到满足。因此，人们追求更高层次的需求，其中最重要的方面就是对建筑结构的需求。通常情况下，建筑结构都以对称的结构为主，这种设计缺乏了一定的新意，因此，不规则的建筑结构就受到了设计师们的青睐。
这也是对设计方式的创新。对于设计师来说，设计是一门艺术，要赋予一定的美感，建筑的美首先表现在结构的设计上。因此，不规则的建筑结构应运而生。这种结构得到了人们的普遍关注，在城市的建筑中应用范围较广，逐渐成为现如今建筑结构设计的重要趋势。
不规则性的建筑结构虽然能够给人带来一定的美感，满足了人们的审美需求，但是这种结构在设计的过程中给设计师们带来了较大的难题，对于一些不平整的部位或者是楼板的间断性等问题，都需要进一步解决。最重要的是，建筑结构在满足一定美观性的基础上，需要对质量提出一定的要求。但是这种结构方式很难做到这一点。另外，不规则建筑结构所用成本也相对较高，增加了工程的造价。
2.高层建筑不规则结构的类型
2.1 不规则的平面结构
（1）不规则扭转：一般以建筑楼层两端的弹性水平位移情况作为不规则扭转的判断依据，当高层建筑楼层的弹性水平位移超过其平均数的1.2倍，或者每一层发生的位移超过楼层两端发生的位移平均数的1.2倍，在这样的情况下，不规则性扭转也就不会发生。
（2）不规则凹凸：设计者在实际工作中，会将整个建筑结构投影方向的尺寸总值作为不规则凹凸的判断依据。要求建筑结构平面凹进的面积不能够小于30%。这样才能够保证建筑结构的规则性与对称性。
（3）不连续的楼板结构：在高层建筑结构设计与施工过程中，设计者一般会对结构平面的刚度以及楼板进行全面观察，如果没有出现急剧改变的情况，这就表示楼板具有连续性，整个结构达到了规则性、对称性的要求。
2.2 不规则的竖向结构
（1）不规则的倾向刚度：在高层建筑结构中，我们需要将某一楼层与相邻的上一个楼层进行比较，如果该楼层的倾向刚度高于70%，或者是该楼层比上方相邻的三个楼层的平均倾向刚度低于80%，这就表示建筑结构出现了不规则倾向刚度。在不计算顶层尺寸的基础上，我们将该楼层与相邻下层水平方向尺寸进行比较，当如果本楼层的收进部分低于25%，这就表示建筑结构具有不规则性。
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（2）不连续的竖向抗侧力：在高层建筑结构的垂直方向上，如果结构抗侧力构件所受到的内力从水平转变为垂直，那么这就表示其缺乏一定的连续性。
（3）楼层承载力不足：设计者在对其进行观察的过程中，一般会将楼层与上一层楼层的抗侧力构件的受剪情况进行比较，要求本楼层的受剪情况不得大于80%。
（4）楼层的质量问题：在对楼层质量进行分析的过程中，设计者一般会将其与相邻的下一个楼层进行判断与比较，要求该楼层的质量超过下一楼层质量的1.5倍，只有这样才能够满足其质量要求。
3.不规则建筑设计的应对策略
3.1降低相对偏心距的数值
经研究表明，一定程度上，建筑结构的扭转效应与相对偏心距是成线性关系，如果想要改善建筑结构的扭转效应，以及进一步的缩小楼层的位移则可以通过调整建筑结构的平面布置，进而使得建筑结构的质心和刚心可以更加的接近。在实际工程中，降低建筑结构偏心距的常用方法有：调整建筑结构平面的不规则性布置应该是在初步计算分析后才进行，通过初步计算的结果找到建筑结构的质心、刚心，同时需要做的便是通过相关数据以及实践经验比较准确的判断建筑结构的刚度分布，最后在适当的增减距质心较远的抗侧力构件。
3.2改进高层建筑结构抗侧刚度与抗扭刚度大小
由于高层建筑主体结构的扭转效应与结构自我震动周期的平方值之间存在密切的联系，通过计算可知，这种关系为线性函数关系。因此在高层建筑结构不规则性设计时，应当控制好高层建筑结构自我诊断的周期，改善主体结构的扭转效应，确实提高高层建筑主体结构的稳定性。在高层建筑剪力墙设计过程中，应当结合实际情况对墙体长度或厚度进行合理调整，改善高层建筑主体结构的抗扭刚度。为有效降低高层建筑主体结构的自我震动周期，改善主体抗扭刚度，可以在高层建筑结构边缘位置设置高度适宜的柱梁，并调整边缘连梁的刚度值大小。
3.3提高周边抗扭构件的抗剪力
高层不规则结构建筑在发生地质灾害时稳定性不够，受到的伤害比较大，其根本原因是 因为抗扭组件的抗剪力不够，即组件自身的强度不够。在外界条件剧烈变动的情况下，如狂 风、地震，高层不规则建筑水平方向的应力会急剧改变，此时可能导致建筑自身的结构发生 一定的变化，上层建筑向着某一方向出现了微小的位移，就会导致建筑结构的偏心，偏心程 度过大就会对建筑结构自身造成永久性损伤。为了保证高层不规则建筑在外界条件变动的情 况下仍能保持自身结构的稳定性，不仅需要依靠结构的调整和布置，还需要强化抗扭组件的 抗剪能力，让建筑物产生弹性形变，以此提高建筑整体的稳定性。
3.4设置防震缝
在高层结构筑的实际施工过程中，防震缝的设计和使用能够在一定程度上辅助维持高层不规则建筑的稳定性。由于高层不规则建筑形态上的特殊性，防震缝两边无法做到完全相同的结构体系，这就会导致在地震发生时两边的效应完全不同，此时需要根据不利一侧的结果来设置防震缝的宽度，增加建筑整体的稳定性。防震缝设计的另一个好处在于在地震发生时，如果建筑的结构基础出现的沉降现象，防震缝可以作为沉降缝来使用，同样可以辅助维持建筑的整体稳定性。
4.结语
总之，不规则高层建筑的出现既给人们的视觉带来了新的体验，也对设计人员提出了更高的要求。相关设计人员在设计高层不规则建筑结构时，应当尽量避免结构中存在薄弱部位，充分保障建筑整体的稳定性。虽然当前高层不规则建筑结构的设计和应用尚且存在一定的问题，但是笔者相信随着相关技术的发展及设计水平的提升，这些问题势必能够得到很好地解决及完善，从而在增加高层建筑美观性的同时也能确保其安全性和稳定性。
参考文献：
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[3]李国富，周军，王庆华，等.建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].江西建材，2013（2）：149-150.
论文作者:冯计喜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/26
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