摘要：随着城市化发展进程的日益推进，高层建筑数量日益增加，其中大量高层建筑采用了不规则结构，但其结构的牢固性也存在一定不足。本文谨就高层建筑不规则结构的设计进行研究与讨论，首先介绍高层建筑不规则结构类型，进而对高层不规则结构的设计方法加以分析。
关键词：高层建筑；不规则结构；防震缝
随着我国市场经济快速发展，人们的生活质量日益提升，对于建筑工程的安全性与舒适性要求也愈发凸显，而高层建筑是建筑行业的重要发展方向，建筑结构的整体不规则形相对突出，对于建筑结构的安全性及稳定性也提出了更高的要求。因此对于高层建筑的不规则结构优化设计进行探讨就十分有必要了。
1.高层建筑中的不规则结构类型
（1）横向不规则结构，这一结构通常是指高层建筑处在平面及立面等规格尺寸上存在不够对称或不够规则的情况，同时，建筑工程的抗侧力构件、建筑质量及建筑强度的分布，无法充分满足工程的对称性要求。水平层面上的建筑不规则，可以分为扭转不规则、凹凸不规则与楼层局部不连续等情况。对高层建筑的不规则结构进行考量，可以从三个方向入手：其一，平面质量偏心，按照截面尺寸不规则而机构进行高层建筑截面的构建，会导致建筑平面质量存在偏心情况，而建筑工程在具体的施工作业中，也有可能由于某些因素导致建筑结构出现偶然性的质量偏心。目前，我国的相关规定中，建筑结构的平面规则，可通过调整结构平面边界，对其偶然偏心概率加以降低。其二，平面刚度偏心，可以将其分为平面外刚度及平面内刚度，前者是与荷载作用方向垂直的刚度；后者是与载荷作用方向水平的刚度。建筑结构构件会受到载荷作用、模型差异等因素的影响，导致平面刚度受到影响。其三，平面强度偏心，主要是受到钢筋材料、混凝土材料及钢筋构件影响而产生的，材料选择的合理性会影响建筑强度，导致建筑强度偏心问题。
（2）纵向不规则结构，这种不规则结构在高层建筑工程中的出现频次较高，在建筑工程的结构设计过程中，不规则竖向结构会影响高层建筑的楼层承载力，其具体也包括楼层承载力突变、侧向刚度不够规则、竖向抗侧力不连续构建等问题。
2.高层建筑不规则结构的设计策略
我国对于高层建筑抗震性能制定的规范标准中，可从三个等级对其进行划分，具体可划分为一般不规则、特殊不规则及严重不规则三种类型，程度不同的情况下，其不规则结构应当严格按照国家相关规定加以防范，对建筑结构进行专项防震性能检查，并加以适当修改调整。
2.1优化偏心距设计
实际上，高层建筑中，相对偏心距与扭转效应之间具备线性相关，而要想确保高层建筑中的不规则结构扭转效应下降，则应当尽量减小建筑结构偏心距。缩小高层建筑楼层位移比例，调整高层建筑的平面结构，以切实保障高层建筑平面架构的合理性。例如，高层建筑工程中，应当建立合理的计算模型，有效分析高层建筑的不规则结构，以模型计算为基础，对建筑结构平面刚心与质心进行优化调整。高层建筑工程的设计者，应当充分结合既有建筑材料与数据信息，对建筑结构刚度进行对比分析，从而实现对于整体建筑结构的深入分析与有效判断，充分提高建筑刚度，并保证建筑构建的抗侧能力[1]。
2.2增加防震缝设计
结构不规则或外形复杂的高层建筑中，可采用防震缝以起到一定的抗震效果，并可根据防震缝的应用，对建筑形体进行切分，将复杂结构的高层建筑，切分为若干形体简单且结构规则的建筑。防震缝的设置，应当以提升建筑防震性能为重要目标，因而在设计高层建筑的防震缝时，应当尽量采取双墙及双柱建筑形式，增加建筑基础面，提高建筑整体高度，在具体的工程施工中，应当将其防震缝最小控制在50~100mm之间。如图1所示，建筑工程防震缝两侧设立墙体，划分建筑物，形成若干独立单元，并切实保证建筑独立单元的结构均匀性，简化建筑体型，从而可有效提高高层建筑整体的防震性能。当高层建筑整体复杂性较强的时候，无法设置防震缝，且无法合理设置防震缝，则应当对检测该建筑全面抗震性能，针对抗震性能检测中可能存在的问题与缺陷，可通过强化高层建筑的刚度结构，为建筑的整体坚固性提供保障。
图1 建筑机构防震缝
2.3提高建筑结构刚度
建筑结构刚度是建筑材料及建筑结构在受到外力作用时，能够建筑弹性形变加以抵抗的能力，其结构刚度是材料与结构弹性发生形变可能性的重要表现。建筑结构刚度与建筑整体牢固性及稳定性之间有较大关联，建筑偏心距及其扭转效应之间存在线性相关，而建筑结构周期与其逆转效应之间也存在一定的线性联系，为此应当针对高层建筑的不规则结构周期长度加以尽量缩短。在实际的剪力墙设计中，应当充分明确强力墙的重要性，通过科学合理的设计，提高建筑结构扭转刚度，对建筑设计结构的扭转周期加以降低，提高结构的拉梁刚度。高层建筑工程设计，可适当增加剪力墙厚度，在建筑结构边缘增加拉梁，对建筑工程结构的自我诊断周期进行有效缩短，弱化高层建筑结构主体的扭转效应。
2.4提高结构抗剪力
要想充分保证高层建筑的结构稳定性，就需要有效衡量建筑设施震动及称重效果，而非单纯调整其建筑结构。实际上，如果高层建筑结构处于非弹性阶段，则当出现地震情况时，高层建筑的地震效应会受到其具体形态的影响而发生变化。如果高层建筑工程面临较大震动，并且对其内部结构进行调整时无法充分满足其建筑结构的具体规范要求，则在具体的结构设计时，还应当对其高层建筑结构的抗剪力加以提升，从而确保当高层建筑结构面临强烈震动时具备足够的防震性能，提高建筑结构的弹性效果。高层建筑工程施工作业中，可能发现在建筑非弹性时期的设计，会导致建筑本身受到水平方向的震动，有可能导致建筑结构在震动情况下，其形态发生改变，导致建筑结构出现偏心问题。因此应当充分保障高层建筑在纵向及横向的安全性，从而保证结构稳定[2]。
结语
高层建筑结构设计中，其建筑结构的不规则性会影响结构模型的合理性，进而对建筑结构的整体布置状态造成间接影响，因而在高层建筑结构的不规则设计时，应当有效降低其结构的薄弱性，对其结构问题加以处理，具体可以从偏心距、防震缝、结构刚度及结构抗剪力层面入手，对建筑结构的稳定性提供保障。
参考文献
[1]史沛元.高层建筑结构设计的不规则性研究与应用[J].建材与装饰,2018(39):129-130.
[2]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+58.
论文作者:蒋继学
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：建筑结构论文; 不规则论文; 高层建筑论文; 结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 偏心论文; 《基层建设》2019年第11期论文;