海口市城市规划设计研究院东莞分院 广东东莞 523000
摘要：城市化发展，推动了建筑行业的发展，城市建设项目尤其是不规则高层建筑项目日益增多。高层建筑房屋的不规则性，对结构设计提出了更高的要求，为保证不规则高层房屋建筑的整体质量，就需要重视不规则高层建筑结构设计的质量。现阶段，由于存在诸多因素，在具体的结构设计中，还存在一些典型问题，不利于保障高层建筑质量的安全性。本文在探究不规则高层建筑结构设计当中存在一系列问题的基础上，对其相对应的解决措施进行了探究，以期为不规则高层建筑结构设计水平的提升提供具有参考价值的建议。
关键词：不规则高层建筑；结构设计；问题分析；解决措施
随着我国社会主义市场经济的快速发展，城市建设脚步加快，城市工程建设项目尤其是高层建筑工程项目随之日益增多。不规则高层建筑是高层建筑中尤为重要的一部分。为确保不规则高层建筑安全合理性，其结构设计显得尤为重要。目前设计人员在进行具体的不规则高层建筑结构设计时，主要在结构规则性以及均匀性概念把控方面经常出现问题，甚至生搬硬套，一些结构设计人员为了满足规范一些条文指标要求出现了凑数据之行为，不利于保障高层建筑的设计质量。鉴于此，对“不规则高层建筑结构设计存在的问题及对策”进行探究显得具有重要的现实意义。
1.不规则高层建筑结构设计存在的问题分析
随着计算机辅助设计技术的高速发展，现阶段在高层建筑结构设计中，结构分析一般情况下都是在三维空间下进行，有效模拟了各类荷载作用下的效应，诸如地震荷载、风荷载、竖向荷载、温度荷载等。同时，对地震荷载、风荷载等作用方向的不确定性也能大致模拟。
《建筑抗震设计规范》[1]在第3.4.1明确规定建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性，不规则的建筑应按规定采取加强措施。同时，对下表所列举的某项平面不规则类型或某项竖向不规则类型，应属于不规则的建筑。事实上，高层混凝土房屋的规则性判断时基本上均属于不规则。对于一般的高层建筑，考虑到工程进度，结合业主实际需求，应尽量避免特别不规则的结构，否则应进行专门研究和论证。这就要求结构设计人员对表指标进行把控，结合文件《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》的要求，将高层建筑结构不规则性控制在下表所列3项（不含3项）以内，为业主争取时间和成本。
一般情况下，在进行不规则的高层建筑主体抗侧力结构设计时，需要重视两个主轴方向的刚度设计，以保障其结构在两个主轴方向动力性能的均匀性，才能有效提升不规则高层建筑的抗震抗风性能[2]。《高层建筑混凝土结构技术规程》[3]明确规定，高层建筑结构设计时，其抗侧力构件的平面位置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。但是在具体的结构设计当中，设计人员极易忽视此类问题，从而导致不规则高层建筑在抗震抗风等水平荷载时性能并不良好。
高层建筑主体抗侧力结构设计除了注意上述平面设计均匀之外，还需要重视沿竖向构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小。通常情况下，只有竖向抗侧力构件布置均匀，才能有效避免侧向刚度和承载力突变。尤其是高震区的不规则高层建筑，更需要注重主体结构的侧向刚度突变问题。均匀的不规则高层建筑能够避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏[4]。但是在实际的不规则高层建筑主体结构竖向断面的设计时，有些结构设计人员并没有对其构件的竖向截面变化以及平面布置的均匀性引起足够的重视，导致实际的施工中经常性出现侧向刚度和楼层承载力突变。
高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，最为主要的是注重同一主体各主轴方向抗侧力构件刚度设计尽可能均匀，应该防止主体结构布置当中，出现部分位置的刚度较强，部分的位置刚度很强，从而出现刚度不均导致结构受力不均。值得注意的是在结构设计中，需要有效避免延性较差的结构。但是在实际的主体侧力结构平面布置时，结构设计人员有时对刚度以及延性未引起足够的重视，从而出现一系列后续问题。
在不规则高层建筑主体抗侧力体系的水平布置设计中，除了上述应该注意事项之外，中央核心与周边结构的刚度协调均匀设计显得尤为重要，同时也是设计人员极易忽视的注意事项，其对确保主体结构具有较好的抗扭刚度具有重要作用，能够有效减少高层建筑物在地震荷载或风荷载的扭转作用效应下对结构主体的不利影响。
2.不规则高层建筑结构设计当中问题相对应的解决措施分析
纵观全世界的大地震对不规则高层建筑震害，并深入分析其震害原因，从中可以了解到结构的损坏其主要是由于建筑主体结构平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭转刚度太弱造成。很多科研高校人员针对地震震害进行了相关振动台模型试验，从中发现扭转效应会造成建筑结构的破坏。为此在进行不规则高层建筑结构设计时，有必要采取有效措施避免扭转效应产生的危害，其主要从以下两个方面加以限制。其一是在不规则高层建筑结构平面布置时，需要尽可能使得结构抗侧力构件布置具有均匀性，避免产生过大的偏心，有效增强抗震抗风性能，有效降低结构产生较大的扭转效应。其二是不规则高层建筑结构的扭转刚度需要提升，（关键是限制扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比）一旦出现扭转为主与平动为主的振幅相近时，受到扭转耦连的影响，导致不规则高层建筑结构的扭转效应明显增大[5]。扭转周期比不满足规范要求需对结构布置进行调整时，一般情况下应采用加强周边结构构件提高结构抗扭刚度的措施，应避免采用削弱中间部位剪力墙或核心筒以降低平动刚度的做法。
在进行不规则高层建筑抗震设计过程中，有必要对不规则高层建筑平面加以分析，针对建筑平面形状复杂，同时难以调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，设计人员需要将防震缝设置划分成多个简单的结构单元。现阶段，该种处理方式在不规则高层建筑设计中应用较为广泛。值得注意的是针对不同的抗震缝两侧结构体系时，需要区别考虑并且在计算缝宽时，按照需要较宽防震缝的结构类型和较低一侧的高度计算。针对不规则高层建筑部分位置不能设置抗震缝时，应加强薄弱部位的构造以及连接。对于8、9度框架房屋抗震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，在设计过程中，需要在抗震缝两侧以及房屋的尽端，设置垂直于抗震缝的抗震墙，值得注意的是设置的抗震墙的数量每一侧不少于两道，并且需要保障设置的对称性，墙肢的长度可不大于一个柱距，框架和抗震墙的内力的取值，需要从两方面加以考虑，分别是有抗震墙以及没有抗震墙两种情况，并按不利情况取值。与此同时，抗震墙端柱和框架边柱箍筋应沿房屋全高加密[3]。
根据以往的地震对不规则高层建筑的震害显示，建筑主体结构刚度极易受到沿竖向突变、外形外挑内收等尺寸突变的影响，从而发生变形，这是属于用尺寸衡量刚度不规则的范畴。结构工程师应与建筑设计师和业主共同协商，做到自下而上刚度逐渐、均匀减少、体型均匀不突变。
由此可见，不规则高层建筑结构的不规则包含了较多内容，结构设计时应针对不同的不规则性采取不同的设计措施，真正做到有的放矢。不规则的建筑结构，除了对薄弱部位按上陈述采取有效措施外，《建筑抗震设计规范》也明文规定了不规则建筑结构在计算和内力调整上的要求，如应采用空间结构模型，扭转不规则和楼板不连续时应计及扭转影响以及采用符合楼板面内实际刚度变化的模型；竖向不规则的建筑结构刚度小的楼层应放大地震剪力1.25倍，对水平转换构件地震内力应根据烈度、转换构件类型、受力情况、几何尺寸等放大1.25~2.0倍等等。设计人员在设计扭转明显不规则的不规则高层建筑结构时，需要重视双向水平地震作用下的扭转效应产生的震害。
3.结语
综上所述，城市建设发展迅速，建筑项目逐渐增多，尤其是不规则高层建筑层出不穷，是建筑工程的进一步发展的重要体现。在进行不规则高层建筑结构设计时，重视起结构平面刚度的对称性以及均匀性，对主体结构抗侧力体系的平面布置以及刚度和楼层承载力进行合理设计，才能更有效的考虑地震荷载以及风荷载的荷载效应，高层建筑结构设计质量才能得到有效的保障。结构工程师应从日常的结构设计工作中，对各种不规则性进行归纳总结，根据不规则性的特点对薄弱部位从采取有效的抗震构造措施，从而有效提升不规则高层建筑结构设计水平。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》（2016年版）GB50011-2010
[2]吴必正，赵永辉.试论高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].门窗，2014，01：95-98.
[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
[4]杨涛，宋志.高层建筑结构设计中存在的问题及改进策略[J].中华建设，2014，02：112-113.
[5]黎涛.高层建筑结构设计存在的问题分析[J].中华民居（下旬刊），2014，06：84-85.
论文作者:温贵添
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：不规则论文; 刚度论文; 高层建筑论文; 结构论文; 结构设计论文; 荷载论文; 建筑结构论文; 《基层建设》2017年第8期论文;