摘要：经济的发展和人口数量的增加，高层建筑项目也在不断增多。很多建筑物为了满足人们的需求，在进行结构设计时，出现了平面或者竖向的不规则结构。但是，现阶段的平面不规则建筑结构还存在一些问题，尤其是在抗震性能方面较弱。因此，研究平面不规则结构的抗震设计具有十分重要的意义。本文就不规则高层建筑结构的抗震展开探讨。
关键词：不规则；高层建筑；结构抗震
引言
随着人们生活水平的提高，对建筑的多样性和美观性要求越来越高。因此，很多建筑物都设计出平面不规则结构。近年来，地震灾害频发，人们对建筑质量的安全和抗震性能的关注日益提高，由于地震发生时，建筑物不仅受到水平和竖向地震作用，而且很可能发生扭转振动，尤其是平面不规则结构的建筑物，这种震动更加明显，导致产生的抗震性能弱化更严重，产生结构损坏甚至坍塌的可能性更高。因此，研究平面不规则结构的抗震设计具有重要的现实意义。
1不规则建筑结构的特点
随着国民对建筑物个性化要求不断提高，现代建筑结构中不规则建筑逐渐增加。其中最为常见的有平面不规则和竖向不规则，两种不规则形式的特点各不相同。（1）竖向不规则性。竖向不规则类型的可以分为四种：侧向刚度不规则、竖向抗侧力不规则、质量突变、承载力突变。四种竖向不规则类型分别对建筑刚度、抗侧力、楼层质量和楼层承载力进行判断。由于现代建筑对底部大空间使用要求较高，转换结构成为一种常见结构形式。以国外某中央银行大厦为例，结构形式为带转换层的框架-核心筒结构，其中上部的64根柱子是通过托柱转换，由10根框支柱转换，就是典型的竖向抗侧力构件不连续，同时亦存在楼层承载力突变。必须通过严格计算并采用相应的加强措施，以保证结构的抗震性能满足设计要求。（2）平面不规则性。平面不规则可分为扭转不规则、凹凸不规则以及楼板局部不连续三种形式。由于建筑平面要求，凹凸不规则和楼板局部不连续往往是固有特性，以凹凸度和楼板尺寸作为不规则的判定标准。近年来扭转不规则的建筑数量较多，即楼层最大弹性水平位移大于该层平均水平位移的1.2倍，结构师需尽量通过计算调整避免扭转不规则。
2不规则高层建筑结构的发展现状
现阶段，我国的建筑工程项目的种类繁多，其需要考量其所面对的各类施工环境以及施工条件等外力因素，其受到多种外力因素的作用，使得建筑设施的结构无法保证绝对的规则性以及对称性。通常建筑设施的不规则形主要表现在凹凸不平的表面上、部分建筑楼板的断裂等方面。其建筑工程项目活动的开展必须要以建筑结构的不规则性位置为基准，不能影响到其建筑结构模型的构建，同时，其还应当确定出其结构的实际布置方案，找出建筑设施自身较为薄弱的部位，尽可能的去提升整体建筑结构自身的合理性。通常来说，不规则的建筑结构会导致其在水平方面产生偏心侧力，同时还会导致其产生不同程度的扭转变形，让其结构的抗侧力无法发挥出其效用，另外其还会加大其实际的施工成本，因此，相关的设计人员必须要懂得实时的调整建筑结构的设计方案，利用规则以及对称等设计方式提升其建筑设施自身的结构性能。大多数的建筑施工人员会为了满足城市化的发展需求，尝试这建造一些极具创新性的建筑设施，目前，我国很多城市中都出现了较多的复杂的不规则结构，其结构的出现带动了我国建筑行业的发展，会在一定程度上增加其建筑设施的美感，但是其设计以及构建也会给相关的施工设计人员带来工作上的挑战。
3基于平面不规则结构抗震设计的原则
（1）整体合理性原则。平面不规则建筑结构本身具有一定的抗震缺陷，因此在进行抗震结构设计时，应从建筑的整体进行考虑，必须确保建筑整体结构的合理性。局部的抗震性能好不代表建筑物在收到地震作用时，不会发生损伤或者破坏。相关设计人员必须从整体角度出发，遵循建筑的基本规定和要求，确保建筑物整体结构的稳定和抗震，合理的引入抗震设计，提升建筑物的整体抗震性能。（2）竖向均匀原则。地震发生时，建筑物在水平方向所受到的作用力会突然加大，会导致建筑产生一定的变形。如果建筑的竖向设计出现问题，作用力不均衡，会导致建筑很容易因变形而产生扭曲，增大了建筑物损伤的可能性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而平面不规则建筑由于其结构特点，很容易发生扭转变形，因此，在进行建筑结构抗震概念设计时，因局部突变或者扭转效应，所产生薄弱部位应当避免，确保建筑的竖向和水平结构布置，都具有较高的刚度和承载力分布。尤其是质量中心、刚度中心的差异应控制在最小。（3）结构合理性原则。结构合理是建筑物设计的核心原则。如果单纯的为了建筑物的抗震性能，而忽略了结构的合理设计，建筑物本身的稳定性就已经大打折扣，在地震灾难发生时，不仅不能抗震，而且收到损伤甚至坍塌的可能性会更高。因此，在进行建筑设计时，应重点考虑平衡和稳定，降低建筑物侧拉力，确保建筑整体结构的合理和稳定。
4提高不规则高层建筑抗震性能的主要措施
4.1减小高层建筑中相对偏心距
想要从根本上提高不规则高层建筑的抗侧力性能，除了要确定具体的参数标准和评价标准之外，还要根据不规则高层建筑的主要特点，针对其中的薄弱位置采取合理的设计，弥补不规则建筑的主要缺陷，提高不规则建筑的抗侧刚度。首先是相对偏心距。在质心与刚心位置偏差较大时，结构位移比往往较大，在强震作用下，可能导致角部的剪力墙破坏。通过对竖向构件的合理布置，减小偏心率，有利于弥补结构不规则带来的结构抗震能力的削弱，保证结构的安全和稳定。以世界著名建筑设计师贝聿铭为例，在全面展开设计工作之前，首先对备选的建筑方案进行结构试算，根据具体的参数数值，对建筑的平面和立面体型进行科学合理的调整，从建筑方案设计的源头上避免出现偏心率较大的方案，使建筑既美观又安全。
4.2建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比数值的调整
高层建筑结构的扭转效应和其结构周期数值存在一定的连接关系，其二者平方始终呈线性的数值关系，因此，其相关的建筑设计施工人员在开展建筑设施设计的工作过程中，必须要考量其建筑结构的周期数值，尽可能的降低其周期，在对剪力墙进行设计时，需要控制好其潜力强的厚度以及长度等，在其相应的范围内对其剪力墙的厚度数值等进行调整，尽可能的加长其剪力墙的长度，同时其还应当对一些和刚心距离比较远的剪力墙进行高度的重视和调整，在其结构的边缘位置上设立拉梁，另外其还应当降低其建筑结构实际的扭转周期数值，对其周边的连梁刚度进行实时的调整。
4.3对超限不规则建筑进行抗震超限审查
由于建筑使用功能要求，当采用不规则建筑变成不可避免时，则结构师在设计过程中，需要对结构的不规则项进行定性、定量判断，针对不规则项进行验算及采用加强措施。结构是否超限可以由住建部下发文件《建质[2015]67号》判定。在小震作用下补充弹性时程分析，根据弹性时程分析结果调整传统CQC法的楼层剪力，并补充设防地震及罕遇地震作用下的弹塑性分析。弹塑性地震分析有静力弹塑性及动力弹塑性（弹塑性时程分析方法）等方法，设计时应根据建筑高度、结构不规则程度及结构自震周期等选择合适的方法。以作者设计的番禺祈福新邨某高度为170m的超高层建筑为例，由于楼高超过B级建筑高度限值，并且存在多项不规则项，设计中我们采用了小震下的弹性时程分析，中震及大震采用了等效弹性分析，并且对楼板应力进行验算，最终通过了超限高层抗震专项审查。
结语
不规则高层建筑作为城市发展、建筑水平提升的具体表现，其能够以独特的形态呈现出来，符合当代人的审美需求。但值得注意是，不规则高层建筑与一般建筑不同，要加强抗震设计，确保建筑工程在使用中能够保持稳定、安全，且能够延长建筑工程使用寿命。因此在设计中，设计师要充分考虑实际情况，加强对细节的研究，实现工程的抗震设计。针对平面的设计，可以考虑布置剪力墙，控制整体结构扭转位移比能够在规范范围之内。同时，针对竖向的抗震设计，要加强对剪力墙位置与厚度的控制，调整刚心位置，尽可能与质心相接近。随着建筑技术不断发展，我们还要加大研究力度，不断提高不规则建筑抗震设计水平，从而促使建筑工程综合效益得到充分发挥。
参考文献：
[1]袁誉平.竖向不规则高层建筑结构抗震性能分析[D].西安建筑科技大学，2017.
[2]高猛.某平面不规则高层结构抗震性能分析[D].安徽建筑大学，2016.
[3]高猛.某平面不规则高层结构抗震性能分析[D].安徽建筑大学，2016.
[4]周海超.不规则高层钢结构地震响应及消能减震分析[D].安徽建筑大学，2014.
[5]蔡静敏.某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D].华南理工大学，2016.
论文作者:侯凯
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/22
标签：不规则论文; 结构论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 建筑物论文; 平面论文; 刚度论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;