（天津华汇工程建筑设计有限公司，天津300384）
摘要：高层建筑结构设计的不规则性给城市带来了一定的积极影响，满足了人们对精神文明的追求并且改善了城市的居住环境，对美化城市起到了推动的作用。本文分析了平面不规则性高层建筑结构设计的特点，并介绍了平面不规则的结构类型，重点探讨其扭转效应对结构设计的影响和应注意事项。
关键词：高层建筑；平面不规则结构；设计
前言
对高层建筑结构进行设计的过程中，必须重视其平面布置的规则性。高层建筑平面设计不规则，将会造成安全事故的产生，这主要是因为结构不规则，其平面质量中心和刚度中心将无法集中在一点，最终结构将会产生扭转现象，甚至直接破坏结构的稳定性。所以，对此课题进行研究具有较强的现实意义。
1高层建筑结构受力特点
1.1考虑水平力的影响因素
一般在对多层建筑进行结构设计时，必须将结构竖向荷载因素放在首要位置分析，相关资料显示结构自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，与建筑高度为线性变化；然而，水平荷载对结构造产生的影响却是不同的，如果建筑物的高度达到要求，竖向荷载将会变成一个定值，相对于作为水平荷载的风荷载和地震作用，它的数值变化较为特殊，其主要随着结构动力特性的变化而变化。
1.2高层建筑自身重量的影响
在具体的施工过程中，减轻高层建筑自重显得尤为重要。而地震效应与建筑的重量是成正比的，根据以上关系，可以发现降低房屋自重是提高结构性能的最佳途径。如果将高层建筑的重量增大，那么其结构承受的地震剪力将会越大，地震作用倾覆力矩越大。与此相对应，最终将导致附加弯矩加大，降低高层建筑的使用性能。
1.3侧移与建筑物的高度具有一定关系
随着高层建筑的兴起，结构侧移日益成为影响高层结构设计的重要内容。除此之外，由于建筑物的高度在增加，导致新的建筑形式和结构体系不断涌现，一段时间后侧向位移将会明显增大。综合以上因素分析，在设计结构时，必须重视抗推刚度因素。
2高层建筑结构平面不规则类型
2.1平面不规则主要包括三种类型，即楼板局部的不连续、凹凸不规则、扭转不规则。扭转不规则的结构一般是指该建筑的每一楼层的自身最大弹性水平位移大于该楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍，或者是最大的层间位移大于该楼层两端层间位移平均值的1.2倍；凹凸不规则结构指的是建筑结构平面凹进一侧的尺寸大于其投影方向上总尺寸的30%；楼板局部不连续结构指的是楼板的尺寸以及平面刚度发生急剧的变化。主要从以下几个方面对平面不规则的结构进行考虑：
2.1.1平面质量偏心
对于截面尺寸不同的结构构件，会导致质量偏心的产生，另外，质量偶然偏心会由于结构施工使用等因素出现。现行国家标准《抗震规范》规定，对平面规则的结构，采用增大边榀结构地震作用效应的简化方法考虑偶然偏心的影响。对于高层建筑而言，和国外有关标准的规定一致，规定直接取垂直于地震作用方向的建筑物每层投影长度的5%作为该层质量偶然偏心来计算单向水平地震作用。
2.1.2平面刚度偏心
平面刚度包括平面内和平面外刚度，平面内刚度就是指和载荷作用方向一致的刚度，平面外刚度就是指和载荷作用方向垂直的刚度。基于结构实际构件与理想化模型的差异、构件所受载荷的不同、施工环境的复杂性等因素，导致了结构平面刚度的不唯一性，即产生一定程度的偏小。
2.1.3平面强度偏心
平面应力和平面应变都是源自简化空间问题而设定的概念。平面应力是指所有的应力都在一个平面内，平面应变是指所有的应变都在一个平面内。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般来说，平面质量偏心和平面刚度偏心是两种非常常见的偏心现象，而我们却往往忽略强度偏心对结构造成的影响，在实际当中，所配制的混凝土、选用各种型号的钢筋以及钢构件都有很大的不确定性，这就导致了结构的设计强度与实际强度有很大的差异，在构件截面处会导致强度偏心的出现，施工与技术人员也难以控制该现象的发展，故不能忽略结构构件产生的平面偏心现象。
3不规则高层建筑结构布置的要求
3.1结构的合理刚度
3.1.1楼屋盖结构的合理刚度
楼屋盖结构的刚度不符合要求，那么将造成梁板发生变形，对建筑物的美观造成影响，情况相对严重的，其装修、填充墙、门窗也会受到不同程度的损坏；一旦楼屋盖结构的刚度超出范围，将会增加高层建筑物结构自重。这样一来，建筑的成本就大大地上升了。
3.1.2主体抗侧力结构的合理刚度
它是整个高层建筑结构设计的一个重要参数，根据实践经验总结，主体抗侧力结构的刚度必须符合几个标准，比如水平位移、整体刚度等，只有这样，才能确保高层建筑结构的实效性。且这个数值不宜太大，过大的刚度对结构有着不利的影响。
3.2荷载的传力直接
垂直荷载的定义容易被理解，它是一种活荷载，产生于建筑物本身和它的楼层、屋面。这是建筑结构中最为基本的一种荷载力，它对建筑物的作用时间长。通常在建筑物结构中，垂直荷载的传力主要是指楼屋盖梁板垂直荷载的受力点、线，通过楼屋面板、梁将垂直荷载传递到竖向构件墙、柱，最终由墙柱逐层传递到基础。一般而言，风荷载是高层建筑结构中必不可少的水平荷载。另外，高层建筑结构不能超过风震加速度的最大额度，这是为了避免造成建筑物的振动过大，直接影响到其使用效果。
4关于不规则高层建筑的扭转效应
4.1扭转效应产生的原因分析
4.1.1外界因素
地震波通过地面时的运动是一个复杂的过程，这主要是因为它各点的周期和相位存在较大差异，地面质点间运动是不相同的，所以能够使地面的每一部分在产生平动分量的同时，也产生转动分量，这种转动分量将会导致结构出现扭转振动和扭转效应，与结构的对称性没有直接关系。
4.1.2建筑结构本身的因素
对建筑物结构进行抗震分析时，普通的工程是把这个结构视为一个平面模型，对其主轴方向分别计算。某种意义上说，它的分析方法是具有一定的局限性，一般是针对质量中心和刚度中心相重合的建筑结构结构而言的。然而，相反的情况下，采用平面模型的方法就无法适应实际需求。究其原因，可以发现地震时，质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩，使得建筑结构产生扭转耦联的空间振动。
4.2关于扭转效应的控制方法
4.2.1提高周边抗扭构件抗剪力
当建筑结构受到双向水平地震作用，处于弹性时期时，建筑结构形态会因回弹不发生变化，而当其处于非弹性时期时，形态会发生变化，从而出现偏心现象。依据抗震规范并结合建筑结构的抗震性能，提高周边抗扭构件抗剪力也就是使建筑结构可以在强震作用下仍能处于整体弹性状态。
4.2.2抗震设计时，设置防震缝
应用防震缝的目的是将房屋分成若干形体简单、结构刚度均匀的独立部分，为减轻或防止相邻结构单元由地震作用引起的碰撞，从而导致房屋的破坏，这在进行结构方案设计时有重大的指导意义。
4.2.3减小建筑结构的相对偏心距
从大量试验数据及实践工程中总结出，减小建筑结构的相对偏心距可从以下几个方面进行：因建筑自身结构所存在的偏心距和扭转效应有着直接的关系，减小建筑楼层的位移比可大幅度提高建筑的整体结构性能；对建筑结构自身的平面不规则性进行良好的布置。
4.2.4调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比
在既不能加强周边剪力墙也不能削弱中部剪力墙的情况下，可以适当加强周边框架梁的刚度，从而对结构整体形成套箍效应，这样可以明显降低其扭转效应。
5结语
随着城市建设的发展，高层建筑越来越多，不规则平面高层建筑结构日新月异，如何加强此类建筑的抗震设计和稳定性设计是需要重点考虑的内容。为此，上文就不规则性高层建筑结构设计的相关内容进行了探析，以此提高此类建筑的安全性。
参考文献：
[1]王璐颖．高层建筑结构设计与表现[J]．科技致富向导，2010（29）
[2]王丽丽．论不规则高层建筑结构设计的问题及对策[J]．科技创新导报，2009（07）
论文作者:邓磊
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月下
论文发表时间:2016/9/6
标签：结构论文; 刚度论文; 平面论文; 建筑结构论文; 荷载论文; 偏心论文; 不规则论文; 《建筑建材装饰》2015年9月下论文;