（白龙江林业管理局 甘肃 兰州 730070）
【摘 要】本文指出了复杂体型和不对结构的高层建筑已成为建筑发展的一个趋势。通过工程设计实践，总结了若干个重要的、实用的消除“超限”的几个概念设计方法。
【关键词】概念设计；多道防线；赘余杆件；结构洞
【中图分类号】TU973 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2017）18-0004-02
1. 不规则复杂高层建筑结构出现的原因
平面形状复杂的房屋在地震作用下，往往因为房屋各个区段的侧移有差异，扭转振动力复杂，以及薄弱部位应力集中等原因，房屋各翼段的连接部位及阴角部位的楼盖常产生较严重破坏。因此地震区的高层建筑，一般应是规则结构，应是平面简单、对称，应是立面无局部突出、收进，质量、刚度和强度沿竖向分布均匀变化，应是各楼层的质量中心和刚度中心基本重合，并大体位于同一竖轴线上。然而随着城市建设的发展和景观需要，复杂体形和不对称结构的高层建筑，在地震区日见增多，而且已成为建筑发展的趋势。出现这种趋势的主要原因有：
（1）不规则复杂高层建筑结构是建筑设计的需要，千篇一律的单调的体型满足不了建筑设计多样化的要求。
（2）所征用地平面及地形所限。
（3）现代高层建筑从单一功能发展为多用途多功能的综合性建筑，各种功能汇于一幢大楼内，不同的功能对楼层的平面和空间要求不同。
高层建筑已突破传统的矩形平面，创造出了许多丰富多彩的体形，这对结构抗震分析带来了新要求：诸如地震的斜向输入、双向输入或三向输入，偏心结构的平移—扭转振动分析或平变—扭转振动分析，弹塑性动力时程分析，以及各翼连接部位的楼盖水平抗震强度验算等等。结构设计不但要满足规范要求，而且要解决不规则建筑设计的实际问题。不规则复杂结构的设计已成为地震区高层建筑设计的重要问题。
2.不规则高层建筑消除“超限”的几个方法
2.1 在平面拐角处和立面高差悬殊处设置防震缝
在许多工程中，我们会遇到许多复杂的平面，用设防震缝的方法将不规则结构分解成为多个基本规则的结构单元，解决了超限问题，使结构设计变得相对简单。防震缝的设置使刚心与质心最大限度地靠近，为周期比、位移比、刚度比等计算参数的满足创造了有利条件。如：L、T、长一字、Z、U、H形等不规则平面，竖向层数和质量有较大差别的体型，偏置大底盘单塔楼，大底盘多塔楼等不规则复杂结构合理设置防震缝后，变成较规则简单结构，问题得到了较好地解决。在计算建模中，可按”大底盘多塔”或分成几个单元单独建模计算，结果会很理想
2.2 调整平面刚度中心是解决扭转的有效途径
在大量的工程设计实例中发现，房屋平面简单而对称的结构有时也不能满足扭转要求，这是由于结构布置不对称，使刚度中心和质量中心不重合造成结构偏心所致。因此，在结构布置时应特别注意具有很大抗推刚度的钢筋砼墙和钢筋芯筒的位置。通过多次试算调整剪力墙的位置，使得刚度中心与质量中心最大限度的接近。通过适当调整，可以解决刚性楼板假定下位移比不满足规范的问题。
2.3 合理增加抗扭刚度可以使扭转周期靠后
对于高层建筑，即使结构布置是对称的，由于质量分布很难做到均匀对称，质心和刚心的分离是在所难免的。更何况地面运动不仅仅是平动，还伴有转动分量，地震时出现扭转振动是可能的。当建筑层数很多时，上部各层偏心引起的扭转效应应在下层的积累更对下部几层不利。即使是很对称的结构或正交结构，周期比也会不满足规范，这是由于剪力墙布置不合理、过于集中，造成抗扭刚度过小所致。因此在结构布置时，除了要求各向对称外，还应使结构具有较大的抗扭刚度。增加四周结构的刚度，在结构外围增加墙体、减少核心筒的刚度、增加外围连梁的高度等可以控制周期比，使结构的扭转周期靠后，从而满足规范要求。
2.4 适当增加多道抗震防线及适当增加赘余杆件
限于中长期地震预报水平以及地震的不确定性，一个地区在一定年限内发生高于基本烈度的地震，绝不是不可能的。防止在罕遇大震时发生建筑倒塌，是抗震设计的最低设防标准，多道抗震防线可以实现这一目的。符合多道防线的结构体系有如下双重体系：框墙体系、框撑体系、筒体框架体系、筒中筒体系等。由于地震引起建筑物的倒塌与风和爆炸效应不同，重力在其中起了关键性作用。因此，第一道防线不宜采用轴压比很大的框架柱，应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或者选用轴压比较小的抗震墙、实墙等。
可以用增加抗震防线的方法增加结构在大震下的防倒塌性能。对于双重体系的抗震防线，条件合适时，可以在同一轴线上的两片单肢抗震墙之间，抗震墙与框架之间、两列竖向支撑之间、芯筒与外框之间，于每层楼盖处设置1根两端刚接的抗弯连梁。使这些连梁的线刚度与主体结构线刚度的比值，大于两者屈服强度之比值。通过适当配筋使它具有较好的延性，设计成弯曲型破坏机制。当遭遇地震时，由于这些连系梁的地震内力与屈服强度的比值，始终大于主体结构相应的比值，连系梁将先于主体结构进入屈服状态，承担地震前期脉冲的冲出，用其弹塑性变形耗能，达到保护主体结构的目的。它充当了第一道防线，将原来位于第一道防线的主体结构中的构件推至第二线。在未用连系梁连接之前，主体结构已是超静定结构，这些连系梁在整个结构中是附加的赘余杆件，它的先期破坏不影响整个结构的稳定。第一道防线破坏，第二道防线接替后，整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，建筑物自振周期将出现较大幅度的变动，与地震卓越周期错开，使建筑的共振现象得以缓解，从而减轻地震的的破坏作用。
这种通过对结构动力特性的适当控制，减轻建筑物破坏程度，是对付高烈度地震的一种经济、有效的方法。抗震分析时，分别考虑赘余杆件作为一个整体工作时及退出工作后原结构单独工作时两种状态进行动力分析。对兰州地区正在设计的几个工程用此方法分析表明：连系梁破坏后，动力特性和地震反应显著改变，基本周期加长，结构底部地震剪力减小，顶点位移显著改变，基本周期加长，结构底部地震剪力减小，顶点位移显著增大。由于篇幅关系具体工程分析情况不再赘述。
2.5 在平面四角处适量增设剪力墙，可减小位移比和周期比
与建筑专业商量，在平面四角处适量增设剪力墙，并减少平面中部的剪力墙数量，或平面中部的剪力墙增开结构洞的方法，可减小结构位移比和周期比。
2.6 运用抗震概念设计和多道防线的原理，增加结构的构造措施
在平面的转角处，缺口处增设拉梁和拉板，在相应的开间增加楼板厚度，并配置双层双向通长钢筋等……。
参考文献
[1]刘大海,杨翠如,钟锡根,编.高楼结构方案优选.
[2]李国胜,编.简明高层钢筋混凝土结构设计手册.
论文作者:胡波
论文发表刊物:《建筑知识》2017年18期
论文发表时间:2017/9/18
标签：结构论文; 刚度论文; 防线论文; 平面论文; 周期论文; 不规则论文; 几个论文; 《建筑知识》2017年18期论文;