摘要：高层不规则建筑虽然能够为城市的景观加分，但同时也给设计师和施工人员带来了更大的挑战，如何在确保高层建筑安全和稳定的同时，利用不规则性塑造建筑物的独特风格，已经成为业内人士急需解决的一大问题。
关键词：高层建筑；结构设计；不规则性
1 高层建筑不规则结构的类型
1.1平面不规则
平面不规则的建筑结构主要可以分为三个类别，分别是扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续。其中，扭转不规则的特点是每一个楼层中，其自身最大的弹性水平位移在该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍以上，或是层间唯一最大值在该楼层两端层间位移平均值的1.2倍以上。凹凸不规则的特点则是在建筑结构的明面上，凹进一侧的尺寸在其投影方向总尺寸的30%以上。
1.1.1平面刚度偏心
平面刚度中包括两个方面，一方面为平面内刚度，指的是与荷载作用方向一致的刚度；另一方面是平面外刚度，指的是与荷载作用方向垂直的刚度。在构建差异、构建荷载变化、施工环境复杂等因素的影响之下，平面刚度存在一定程度的偏小。
1.1.2平面强度偏心
平面应力指的是所有的应力都在同一个平面内，平面应变指的是所有的应变都在同一个平面内。一般情况下，平面强度偏心对构造的影响容易被忽略。在实际建设过程中，混凝土。钢筋、钢构件等存在一定的不确定性，导致结构的设计强度与实际强度存在差异，构建截面易出现强度偏心情况。
1.2竖向不规则
竖向不规则的建筑结构主要可以分为四个类别，分别是侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变和楼层间质量突变。其中，侧向刚度不规则的特点是某一个楼层的侧向刚度值在其相邻上一楼层的70%以下，或是在该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%以下。同时，除了顶层之外，楼层局部收进的水平方向尺寸在其相邻下方楼层的25%以上。竖向抗侧力构件不连续的特点是在竖直方向上，抗侧力构件的内力是通过水平转换构件而向下传递的。楼层承载力突变的特点是楼层之间的抗侧力结构，其受剪程度在上一层的80%以下。楼层间质量突变的特点是某一个楼层的质量在相邻的下楼层质量的1.5倍以上。
2 高层建筑不规则结构设计采取的对策
2.1降低高层建筑结构的相对偏心距
根据研究发现，高层建筑结构的扭转效应和相对偏心距之间存在着线性关系。如果需要降低高层建筑结构的扭转效应，同时缩小楼层之间的位移比，可以对建筑结构的平面布置进行相应的调整，从而使建筑架构的质心和刚心的位置更为接近。在实际施工建设的过程中，可以在进行初步计算分析之后，对建筑平面的不规则性布置进行相应的调整。利用初步计算分析得出的结果，确定高层建筑结构的质心和刚心。然后，利用相关数据资料和以往的实践经验，对高层建筑结构的刚度分部进行准确的判断。最后，在距离质心较远的位置，适当的进行抗侧力构件的增减。
2.2调整高层建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度
高层建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方之间存在着线性关系。因此，在进行高层建筑结构设计的时候，应当适当减小其周期。在剪力墙的设计中，应当适当的对周边剪力墙进行加长或加厚，尤其是距离刚心较远的剪力墙更要加大重视。对于抗扭刚度的增加，可以高层建筑结构的边缘加设拉梁，减小周围结构的扭转周期，或是增加周边连梁的刚度。
2.3提高周边抗扭构件的抗剪力
单单靠结构的调整和布置，是无法完全确保在剧烈震动的环境下，高层建筑结构仍能保持安全。因此，通过研究表明，如果高层建筑结构处在非弹性时期，那么由于受到双向水平地震的作用，对称的高层建筑结构就会随着形态的变化而产生偏心。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，应当对受抗扭效应制约的构件的抗剪性能进行强化，从而确保高层建筑结构在强烈震动的情况下，仍能保持整体弹性的状态，从而提高建筑物的抗震性。
2.4设置防震缝
在高层建筑的施工建设过程中，时常会遇到平面形状较为复杂的建筑结构。由于实际条件的限制，平面结构不能被设置为规则的结构。对此，可以通过设置防震缝的方式，将高层建筑结构划分为交单的结构单元。在高层建筑结构不规则性的应用当中，防震缝的设置是十分重要的。如果防震缝两侧的结构体系不同，或是地震反应效应不同的时候，要根据不利一侧的结构来设计防震缝的宽度。而如果相邻的建筑结构基础沉降比较大，在设计防震缝的时候可以同时将其作为沉降缝来使用。
3 高层建筑结构设计中不规则性的应用
3.1工程概况
某工程为一座集办公楼、酒店为一体的综合大厦，该建筑地下有2层，地上25层，底部裙房4层，总面积为45000m2，总高度97.8m，地下为车库，首层则是酒店和商铺，2到4层时酒店餐厅，5到12层为酒店客房，12层以上为办公楼。此大厦的特征是竖向功能变化多。与此同时，大楼为丙类建筑物，使用年限是50年，抗震强度7级，剪力墙和框架梁抗震等级2级，框架柱抗震等级1级，基础设计甲级，应用强度大的预应力管桩，结构计算应用SATWE软件完成。
3.2针对不规则情况进行处理的方法
大楼平面形体是Z字形，L/Bmax= 0.56>0.35，为不规则建筑结构，竖向存在立面缩进，层高差别大。通过初步运算发现，结构在风荷载和地震影响下的位移角可达到规定的要求，虽然可达到规范需要，然而第二周期扭转因子已经很大，达到0.34，这说明此结构抗扭刚度显然不够。与此同时，此结构在考虑偶然偏心情况下的扭转位移比X向和Y向都大于1.30，甚至还有1.40的，此结构的扭转效应比较严重，属于扭转不规则，裙房4层时薄弱层，刚度低于上3层平均刚度的近八成，首层是软弱层，抗剪承载力达不到上层的八成，此结构不规则位置为5项，属严重不规则结构，此楼上下层功能较多，地下室是车库，业主要求有较大空间布置墙体受到约束，2到4层时酒店多功能厅，需空间宽敞，布置墙体受约束，5到12层时酒店客房，不允许在建筑外侧设置剪力墙，12以上是办公楼，中间也很难布置墙体，很多功能使此楼中部和边上很难存在墙体上下贯通。
此楼设计中的关键工作为调整周期比及扭转位移比，因此楼平面凹凸不规则。所以，控制周期比的主要目的是使结构抗侧力构件的布置更加均匀、合理，而不是让结构更具有刚度。若是平动第一周期和扭转第一周期相对接近，因振动藕连作用，结构扭转效果应该会变化的较为明显。然而，此大厦第二周期扭转因子为0.34，一般认为其扭转刚度较弱，需要进行调整，不可只认为平动和扭转第一周期的比值低于0.9就可以，同时还需要考虑平动周期内的扭转因子，如若不然在地震较大时结构第一周期很有可能就会是扭转周期。考虑到这一环节，应该针对结构竖向构件进行调整：首先，在结构左上方及右下方各加1片相对较长的剪力墙，加强建筑物周边结构构件的抗扭性，同时还要把结构刚心大幅度的推向左侧；其次，在右下角核心筒位置开洞，降低此处的刚度，这主要是原因这一位置核心筒有很大偏心，这使得刚度中心向左侧偏移；最后，取消上部核心筒下端的1个小核心筒，降低中间刚度，并把此核心筒连梁减弱，从而使结构剪力墙更为均匀，这对于结构扭转周期比和位移比皆大有裨益。
4 结语
在高层建筑结构的设计过程中，不规则性会在很大程度上对建筑物的安全性和稳定性产生影响，从而直接影响到建筑物的结构设计和布局。因此，建筑师在进行高层不规则建筑结构的设计时，应当提高重视程度，尽量避免出现薄弱的部位。并不断完善高层建筑的不规则性设计从而提高建筑的美观性，确保其安全与稳定性。
参考文献
[1]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，2011：1―50
论文作者:左洪涛
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/19
标签：刚度论文; 建筑结构论文; 不规则论文; 结构论文; 楼层论文; 平面论文; 高层论文; 《防护工程》2017年第15期论文;