摘要：随着社会经济的发展，极大满足了人们的物质生活。现代建筑设计中, 设计师加入了更多的创意元素，个性化的追求越来越多, 很多高层建筑在结构上出现不规则性，这给施工带来了一定难度，也提高了结构工程师在建筑结构设计方面的要求。本文就高层建筑中不规则结构建筑的现状、高层建筑不规则结构的类型及不规则高层建筑结构应采取的措施与应用等进行简述，为高层建筑结构设计提供参考，使结构工程师能够设计出高水准的高层建筑，提高建筑质量，延长使用寿命。
关键词：高层建筑 结构设计 不规则性 应用
社会经济的发展推动了我国的建筑行业的快速发展，也促进了建筑技术的极大提升，精神文明追求的提升影响现代化建筑设计的风格。基于这种原因，建筑结构不规则设计已成为建筑行业潮流，而建筑结构不规则设计往往会出现在一些应力集中的部位，这些部位容易受到较大的水平力影响，对高层建筑有严重破坏性[1]。另外，建筑不规则结构还会产生较大的扭转力，对建筑结构非常不利，结构耗材成本增加，不利于建筑工程的顺利进行。为保证高层建筑物的安全及质量，在施工过程中须严格记录建筑结构设计不规则的具体位置，及时拟定科学合理的建筑方案, 有效的降低结构耗材成本。所以高层建筑不规则设计面临着重大考验。
1.高层建筑不规则结构的类型当前高层建筑不规则结构主要有两类: ??竖向不规则结构。包括竖向抗侧力构件不连续、侧向刚度不规则、承载力突变等。??平面不规则结构。包括楼板局部不规则、凹凸不规则、扭转不规则等。以上两类是比较常见的不规则建筑结构，对现代化高层建筑结构设计有重要影响。以下对这两种结构不规则类型进行简述：1.1 竖向不规则结构的类型竖向不规则结构类型主要有3 种：楼层承载力突变、竖向抗侧力构件不连续、侧向刚度不规则。??楼层承载力突变结构 是层间的抗侧力结构的受剪程度小于其上一层的80 %。在实际生活中，诸如某高层建筑是中间细、上下粗的外形设计，导致了楼层承载力突变，如果结构设计考虑不全面，将会对整个结构产生重大影响。??竖向抗侧力构件不连续结构是指竖直方向上的抗侧力，构件的内力通过水平转换构件而向下传递。??侧向刚度不规则结构 指该楼层的侧向刚度值大小小于与其相邻上一楼层的70 % 或者小于该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80 % 排除顶层不算楼层局部收进的水平向尺寸大于其相邻下一层的25 %[2]。
1.2 平面不规则结构的类型平面不规则结构类型主要包括3 种，即扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部的不连续[3]。?? 扭转不规则 最大的层间位移大于该楼层两端层间位移平均值的12 倍或建筑物的每一楼层自身最大弹性水平位移必须大于该楼层两端的弹性水平位移平均值的12 倍。?? 凹凸不规则 建筑结构平面凹进一侧的尺寸大于其投影方向上总尺寸的30%。?? 楼板局部的不连续楼板结构 楼板的尺寸以及平面刚度发生急剧的变化。
对于平面不规则结构类型需进行平面质量偏心、平面刚度偏心及平面强度偏心进行分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆建筑结构构件截面尺寸不同会导致平面质量偏心的产生，根据现行《抗震规范》规定，直接取垂直于地震作用方向的建筑物每层投影长度的5％作为该层质量偶偏心来计算单向水平地震作用。平面刚度偏心基于结构实际构件与理想化模型的差异、构件所受载荷的不同、施工环境的复杂性等因素，导致了结构平面刚度的不唯一性[4]。一般来说，平面质量偏心及平面刚度偏心是两种常见的偏心现象，在实际的施工过程中往往忽略平面强度偏心对结构设计造成的影响。实际施工过程中，所配制的钢筋混凝土、钢构件都有不确定性，导致了结构设计强度与实际强度差异很大，在构件截面处会出现强度偏心，施工技术人员很难控制该现象的发生与发展。
2.高层建筑结构设计不规则性措施及应用当前各地高层建筑不规则设计随处可见，但由于地理区位不同，所采用的规范也有所不同。对于不规则的高层建筑来说，不规则环节即是极易出现破坏现象的位置。这就要求对不规则结构设计采取必要措施，加以应用。主要有以下5 种措施：
2.1 减小建筑结构的相对偏心距。建筑结构的偏心距对建筑质量、安全有重大影响。根据试验数据及实践工程总结得出：因建筑结构的偏心距与扭转效应有直接关系，可以通过减小建筑楼层的位移比大幅度提高建筑的整体结构性能。另外，对建筑结构自身的平面不规则性进行良好的布置，可减小结构的相对偏心距。
2.2 合理布置结构中的不规则的部件，减小偏小现象的发生，避免建筑出现大幅度的扭转效应。高层建筑的质量安全容易受建筑结构偏小现象的影响,在建筑施工过程中须减小建筑结构偏小。在高层建筑的施工中有很多方法可以帮助缩小建筑结构偏小,较常见的方法是通过对建筑结构设计的分析、计算及检验计算结果的正确性后调整建筑建构不规则平面布局，经过计算精确的找到建筑结构的刚心与质心,再通过建筑设计方案的相关数据参考及实践经验对结构进行反复比对，及时对其的距离进行调整。
2.3 建筑结构设计时，设置防震缝。设置防震缝对结构设计有重大指导意义。防震缝可以将建筑分成若干结构刚度均匀的独立部分，在发生地震时，减轻或防止相邻结构单元引起碰撞，而导致建筑的破坏。
2.4 调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比。相关研究表明: 建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方关系基本上是线性的关系。所以在设计建筑物时可以考虑适当的减小建筑结构的周期[5]。在既不加强周边剪力墙也不削弱中部剪力墙的情况下,适当加强周边框架梁刚度，从而对结构整体形成套箍效应,这样可以大幅降低其扭转效应。
2.5 提高周边抗扭构件抗剪力。据相关实验得出:即当建筑结构处于非弹性时期时，受到双向水平地震作用时对称的建筑结构便会随形态变化的而偏心。为提高建筑结构的抗震性能，则应该强化受抗扭效应制约构件的抗剪性能，以便使得建筑结构保持整体弹性状态[6]。
建筑结构处于弹性时期时，形态会因回弹不发生变化。在做剪力墙时，在合理的范围内尽量加长或增厚周边剪力墙，离刚心最远处的剪力墙应特别重视。在建筑结构边上设拉梁同时缩小建筑结构的扭转周期可以加大结构抗扭刚度。
3.结语高层建筑结构设计的不规则性给城市带来了一定的积极影响,满足了人们追求，改善了城市的居住环境，对城市形貌建设起到了推动的作用。而对于建筑结构不规则的高层建筑来说，整体结构如何布置，薄弱环节如何最大限度地减少等问题仍任重道远。必须加强相关研究工作，形成有中国特色的高层建筑结构相关规范体系。
参考文献[1]王唯赜，杨淑梅.不规则高层建筑结构设计中应采取的措施研究[J].科技资讯，2006.[2]王丽丽.试论不规则高层建筑结构设计的问题及对策[J].科技创新导报，2009.[3]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].长春：吉林大学，2004.[4]GB-50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.[5]赵孝民，宋中法.不规则高层建筑结构设计中应采取的措施[J].中外建筑，2009.[6]李亚娥，李志慧.王栋.平面不规则高层建筑结构在水平地震作用下的扭转效应与设计[J].甘肃科学学报，2008.
论文作者:索永强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2015年第7期供稿
论文发表时间:2015-6-15
标签：不规则论文; 建筑结构论文; 结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 偏心论文; 结构设计论文; 《工程管理前沿》2015年第7期供稿论文;