摘要：不规则高层建筑结构设计，主要有平面不规则、竖向不规则、建筑本身不规则三种形式。近年来随着不规则建筑数量的增多，其存在的问题不断凸显出来。不规则建筑的稳定性、安全性、抗震性等一系列问题，需要设计人员进行不断完善与合理设计，制定相应的解决措施，进而提高结构整体的稳定性、安全性、抗震性。本文通过高层结构设计不规则性的研究，对其正确的应用做出论述。
关键词：高层建筑；结构设计；不规则性；应用
引言：
不规则建筑能够给人们良好的视角享受，这也是不规则建筑赢得人们喜爱的主要原因。但在不规则高层建筑结构设计时，建筑整体的稳定性往往不能得到可靠的保障，影响着建筑物整体的安全性。对于这些问题，需要设计师充分考虑到结构的相对偏心距、抗震性、扭转刚度与抗侧力刚度等相关问题，对其进行合理的假定、计算与设计。
一、高层建筑结构设计不规则的发展现状
随着时代的快速发展，人们的思想与理念在不断的变化与更替着，对于建筑方面，人们的审美视角也在不断的变化着，为更好的满足人们的需求，这需要设计人员进行思维创新和不断地变换设计理念，以便于更好的迎合人们的审美价值体系。以至于在不规则建筑结构设计时，需要对建筑的强度、稳定性、安全性、美观性等问题进行多方面的考虑。
二、高层建筑结构设计不规则性的研究
（一）平面不规则性
平面不规则建筑主要有以下形式：楼板局部不连续、凹凸不规则、扭转不规则。楼板局部不连续主要突出为：楼板有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高。凹凸不规则主要特征为建筑平面结构凹凸尺寸大于相应边长30%。扭转不规则主要特征是：考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2。近年来平面不规则建筑数量在不断地增多，建筑平面质量偏离重心，以至于造成坍塌现象时有发生。如1972年南美洲马那瓜地震中，其中15层的银行大厦就是因为抗侧力构件不规则，发生了严重倒塌。
（二）竖向不规则性
竖向不规则主要有以下几种：侧向刚度突变、承载力突变、竖向构件间断不连续。侧向刚度突变的特征是相邻层刚度变化大于70%或者连续三层变化大于80%，另外，楼层有些区域水平收缩长度超过与其相邻楼层的25%（尺寸突变）。承载力突变主要特征是相邻层受剪承载力变化大于80%。竖向构件间断不连续主要特征是竖直方向上抗侧力构件通过水平转换构件向下面楼层传递，突变标准是楼层质量大于相邻下一楼层质量的1.5倍。
（三）建筑本身不规则
建筑本身不规则受到众多问题的影响，如施工构件尺寸、结构刚度、施工材料、楼层质心偏移等等一系列的问题，致使结构产生扭转反应，造成建筑本身的不规则。建筑结构质心偏移是由于建筑结构自重与荷载实际分布出现变化（偏心距大于0.15或相邻层质心相差较大），导致的建筑质量的重心与建筑几何中心不能重合的现象。
三、高层建筑结构设计不规则性的应用
美国著名学者E.L.Wilson指出：“当实施三维动力分析时，不必区分规则结构与不规则结构。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果建立了一个精确的三维计算机模型，刚度和质量的垂直与水平的不规则性及已知的偏心率将会引起振型的位移和旋转分量进行耦合。基于这些耦合振型上的三维动力分析会产生较大的力且产生远比一般结构反应更复杂的反应，有可能以规则结构相同的精确度和可靠度对应一个非常不规则的结构预测动态力分布。因此，如果一个不规则的结构设计是基于一个实际的动态力分布，那么在逻辑上就没有理由认为它将会比使用相同的动态荷载设计的规则结构具有任何更低的抗震能力。资料记载表明，许多不规则的结构在地震期间显示了较差的性能，这是因为它们的设计通常是基于近似二维静力分析的。” 基于这样的认识，美国规范在应对建筑平面及竖向不规则的措施显得十分简单：将建筑平面及竖向不规则的定量判别标准作为能否采用静力分析方法即基地剪力法的依据，规则结构可以采用静力分析方法即基底剪力法，不规则结构则应当采用三维动力分析方法。我国的规范也有类似的规定，不同的是我们进一步把判定结构不规则的量化指标作为是否需要进行额外的抗震设防专项审查的标准。除此以外，我们还可以采取以下几种措施来应对不规则的高层建筑。
（一）减少高层建筑结构的偏心距
相对偏心距对不规则建筑有着重要的影响，根据实验证明，建筑扭转效应会随着相对偏心距的提高而加大，在一定范围内两个参数之间呈现线性相关的关系。另外，建筑承载能力性能会因为建筑的扭转效应增大而出现大幅度下降。因此，在结构设计过程中，要尽可能的减少结构的相对偏心距。在设计工作的具体开展时，要全面的了解建筑用途与布局，通过了解建筑的用途，进行有效的分析结构刚度，以便于对整体结构进行深入判断，提高结构刚度与构件抗侧力。在建筑图纸草图上对影响建筑偏心距的因素做好明确的标记，在接下来的设计中对其进行科学的计算与合理的调整，以便于有效的降低结构的偏心距。在设计草图完成后，再对其进行优化，在整个建筑结构的刚度中心位置，加强构件。在不规则构件设计时，需要对平面结构进行多次调整，对楼层位移比例进行缩小，确保建筑平面之间形成科学的构架，增加不规则建筑物的稳固性。
（二）在不规则高层建筑中设置防震缝
在高层建筑中设置防震缝主要是提高建筑物整体的抗震性能，以使建筑在经历地震后可以自动恢复。防震缝设计主要采用两种模式，分别是：双墙模式、双柱模式，加强建筑整体的刚度。防震缝主要针对结构不规则与外形复杂的建筑而设计的，它可以有效地将建筑分解成简单的形体与规则的结构。在高层建筑抗震设计过程中，需要对地基进行科学的计算与配置，尽可能的采用新型技术以保证建筑整体的受力性能不会发生变化。想要有效提高高层建筑的防震能力，需要使每个独立的单元保持体形简单与结构均匀。对于结构比较复杂的建筑，无法添加防震缝的情况下，需要建筑物中薄弱部位与易受损部位进行加强。在高层建筑中设置防震缝还需要引进先进的技术，设计出一套完整的抗震体系，以充分吸收地震能量，保证结构良好的抗震性能。
（三）合理调整高层结构的扭转刚度与抗侧力刚度
根据有关实验结果表明，扭转效应和结构周期之间存在着线性关系，其两者数值之间的比值为平方关系。在进行高层设计过程中，增加周边剪力墙厚度，特别是距离刚心较远的剪力墙，进行科学设计，进而增加结构扭转刚度。在建筑结构设计时，对高层建筑结构的扭转刚度与抗侧力刚度进行科学、合理的调整，适当加强结构扭转刚度，提高结构抗侧力刚度，改善建筑结构抗水平力性能。
（四）加强高层结构抗剪力承载力
在发生强烈地震的情况下，当结构的变形不能满足实际需求时，则需要增加高层建筑结构的抗剪承载力，以确保高层建筑结构具有较强的弹性，来吸收地震能量。在高层钢结构设计时，需要对构件抗剪强度进行科学的设计，保障结构可以稳定运行。
四、结语：
总而言之，在应对高层建筑结构不规则性时，需要对结构加以改善与调整，为建筑行业带来收益。在具体结构设计中，我们应尽量建立精确的三维计算模型，从而得到一个实际的动态力分布；与此同时，还应根据建筑本身的用途与布局进行合理的布置，尽可能地降低平面的偏心距，增加建筑整体的稳定性；通过设置抗震缝，将不规则结构划分成规则的结构，提高建筑的抗震性能；增加建筑扭转刚度与抗侧力刚度，为建筑整体的安全性保驾护航；最后还需要加强结构节点构件的抗剪承载力。
参考文献：
[1]邵辉杰. 浅谈高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J]. 江西建材，2017（24）：55-55.
[2]超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点20150521.
论文作者:陈喆
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：不规则论文; 结构论文; 建筑论文; 刚度论文; 规则性论文; 建筑结构论文; 偏心论文; 《防护工程》2019年第3期论文;