关键词：高层建筑；结构设计；不规则性
1 高层建筑结构不规则的特点和现状
1.1 不规则建筑结构的特点
高层建筑不规则结构的形式比较多，当前较为常见的有平面不规则和竖向不规则两种形式，这两种形式的特点也有所不同。
（1）平面不规则结构类型。①扭转不规则。高层建筑结构扭转不规则是指建筑每层的最大弹性水平位移都要比楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍大，判断标准是在单向偶然偏心地震作用下的位移比大雨1.2倍，甚至超过1.5倍。②凹凸不规则。凹凸不规则的判断标准是建筑结构平面凹进一侧的尺寸超过其投影方向总尺寸30%。③楼板局部的不连续。楼板局部是指建筑结构的楼板尺寸和平面刚度变大，较为常见的楼板局部不连续主要有楼板开洞面积大于楼面面积的30%，楼板有效宽度大于典型宽度的50%。对于一些比较不规则的楼板，可能会出现楼板最小有效宽度小于2m或者有效净宽度大于5m的情况。平面不规则会造成建筑结构的平面刚度偏心、平面强度偏心以及平面质量偏心，影响建筑结构的安全稳定性。
（2）竖向不规则结构类型。①侧向刚度不规则。侧向刚度不规则是指建筑除了顶层以外，整个建筑的每一层侧向刚度值都要小于相邻上一层的侧向刚度的70%；还小于该楼层以上相邻三层侧向刚度平均值的80%；每一层局部收进的水平方向尺寸都要大于相邻下一层水平尺寸的25%。②竖向抗侧力构件不连续。竖向抗侧力构件不连续主要是指建筑的竖向构件缩进大于25% 或者外挑大于4m 和10%，上下墙“柱”支撑不连续，其主要判断依据是竖直方向上的抗侧力构件内力可以通过水平转换为构件向下传递。③楼层承载力突变。这种不规则是指建筑结构相邻层的受剪承载力变化大于80%。
1.2 不规则建筑的发展现状
随着建筑工程施工工艺水平的提升，促进了建筑设计师在建筑设计时可以进行大胆的尝试和创新，从而出现了很多新型的结构形式和平面布局，各种类型的不规则、不对称高层建筑不断出现，建筑结构也越来越复杂。各种不规则的高层建筑给人们带来了强烈的视觉冲击，然而对于高层建筑不规则结构的抗震相关研究相对滞后。不规则的高层建筑相比于规则的高层建筑结构，其抗震性能相对较差，如果不采取有效措施提升其抗震性能，一旦发生强烈地震就可能导致建筑结构严重破环。因此，在提升建筑结构外形美观的同时，必须提升不规则建筑的抗震能力，促进建筑行业的全面发展。
2 高层建筑结构设计不规则性的优势
2.1 提升建筑外观美观度
不规则性建筑最突出的优势是美观度提升，这也是大量不规则设计高层建筑能够成为地区标志性建筑物的核心原因。如迪拜帆船酒店、中国鸟巢体育中心等建筑，在设计上充分体现变革精神，以不规则性的设计彰显大厦个性，将与众不同的建筑风格呈现出来，与周围众多呆板建筑形成对比，美感度得到了明显提升。外观美感度的提升也可以看做是不规则性建筑设计的主要发展趋势。
2.2 提升建筑抗震能力
建筑抗震能力提升一直以来为业界所重视，提升抗震能力的关键是强化建筑的受力性能，避免地震来临时的拉应力、扭力造成快速破坏，不规则性设计可以使建筑相关能力得到提升。如日本高层建筑在设计时，会根据地区具体情况使结构带有不规则性，如在建筑距顶部2/3处增加一些非对称结构，当地震发生时，非对称结构可以首先承担部分扭力和拉应力，避免建筑中部快速破损，使人员拥有更多的逃生机会。此外，意大利、西班牙等国也在提升自身建筑水平，通过优化抗扭构件设计的方式改善建筑结构的扭转效应，设计大量带有不规则性外观结构的建筑，提升了建筑的实用价值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3 高层建筑结构设计中不规则性的应用
当高层建筑受到地震以及自然因素的冲击时，不规则的建筑结构相对容易被破坏，同时不规则建筑结构还存在刚度偏心、质量偏心等问题，这就需要对高层建筑不规则结构的设计进行进一步的研究。对于高层不规则建筑结构，扭矩效应是最为严重的破坏方式。因此，要尽量采取有效措施，尽可能降低扭转作用。
3.1 有效减少建筑物结构偏心距离
总体来看，理想状态下的建筑扭转效应与相对偏心距呈线性关系，改善建筑的扭转效应可以提升对楼层位移的控制能力，降低地震时的瞬时破坏作用。减小结构偏心率，可以调整建筑外观的平面布置，改变结构构件特性，调整原则为刚心和结构质心尽量接近，从而改善建筑的扭转效应。这就要求设计人员了解建筑所在地区地震发生的情况和破坏水平，再计算建筑刚心和质心的偏心距，以保证承重结构性能为前提条件，酌情增加质心较远的剪力墙，减少质心较近的剪力墙、且尽量对称布置，从而保证较小的偏心以及较大的抗扭性能。
3.2 对建筑结构抗侧与抗扭刚度比进行合理纠正
在进行高层建筑工程结构设计过程中，结构周期与扭转效应为线性关系，因此，在进行高层建筑工程结构不规则设计过程中，应该尽量缩短周期。在进行框架剪力墙结构设计过程中，应该注意适当增加剪力墙厚度，适当增加扭转刚度，缩短结构扭转周期。
3.3 对不规则性高层建筑周边抗扭构件抗剪力进行有效增强
根据对高层建筑不规则性结构设计进行科学合理的研究，发现该结构和普通结构进行比较，不规则性建筑的整体结构稳定性和抗震性能都无法得到良好的保证。因此在高层建筑结构设计过程当中，想要有效增加不规则建筑的抗震性能就必须选择较为合适的结构体系，至于其稳定性保证方面，就一定要想办法提升高层建筑结构设计中抗扭构件的抗剪能力。
3.4 合理增强高层主体结构边缘构件的抗剪强度
想要达到更好的结构分布效果不仅仅要在主题结构的调整上下功夫，如果出现了较大的外力作用，建筑的主体结构就会发生非常严重的破坏，相关人员的调查研究发现，高层建筑如果经常受到额外的外力影响，如果发生了严重的自然灾害或者是外力破坏现象就会导致建筑变形或者是偏心严重等问题，在这样的情况下就要更好地保证建筑的抗震性能要达到一定的标准，要加强边缘结构的强度，这样即使在建筑结构受到很大的外力作用时也能很好地保证建筑能够安全的发挥自身的功能。
3.5 科学增加高层建筑防震缝
在实际的建设过程中，结构工程师往往会碰见空间与平面形体繁杂的高层建筑图纸，在多种因素的制约下，很难将这种繁杂结构设计成有规则性的整体，这就需要依靠建立一些防震缝来保证工程项目的质量。在建立防震缝的时候，如果建立防震缝两侧的设施并不相同或者对地震的抗力不同，就应该按照不利一侧结构进行建立。如果出现临近建筑沉降超出限值的情况，就应该建立沉降的防震缝。
4 结语
不规则设计在现代建筑中越发多见，在具备现代艺术感的同时也提升了建筑性能，包括抗震、抗风等。结合当前国内外建筑情况，高层建筑结构设计的不规则性可以进一步发展更广泛地应用。在实际应用中，应注意抗扭构件设计、结构周期比、结构相对偏心距等，确保建筑美观实用。后续工作中，应用上述理论也有助于提升不规则性高层建筑结构设计的水平。
参考文献:
[1] 沈玲华.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].安徽建筑,2019,26(02):74-75.
[2] 吴学林.高层建筑结构设计的不规则性研究与应用[J].居舍,2018(36):100.
[3] 史沛元.高层建筑结构设计的不规则性研究与应用[J].建材与装饰,2018(39):129-130.
论文作者:秦祎
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/13
标签：不规则论文; 规则性论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 结构论文; 建筑结构论文; 结构设计论文; 《建筑实践》2019年第24期论文;