关键词：高层建筑；结构设计；不规则性
在高层建筑实际工程设计中，由于考虑不同的建筑功能需求、外观立面及场地条件等因素，要使高层建筑结构方案规则往往比较困难。高层建筑结构设计中不规则性主要表现在楼板局部不连续、平面不规则以及建筑自身在竖向刚度上的突变和竖向构件不连续等方面。高层建筑应采用合理的结构体系，结构平面和竖向布置都应使结构具有合理的刚度、质量和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位，使结构具有多道防线。
1 高层建筑结构中不规则性的特点和现状
1.1 不规则建筑结构的特点
高层建筑不规则结构的形式比较多，当前较为常见的有平面不规则和竖向不规则两种形式，这两种形式的特点也有所不同。
（1）平面不规则结构类型。①扭转不规则。高层建筑结构扭转不规则是指建筑每层的最大弹性水平位移都要比楼层两端弹性水平位移平均值的 1.2 倍大，判断标准是在单向偶然偏心地震作用下的位移比大于1.2倍，甚至超过 1.5 倍。②凹凸不规则。凹凸不规则的判断标准是建筑结构平面凹进一侧的尺寸超过其投影方向总尺寸 30%。③楼板局部不连续。楼板局部不连续是指建筑结构的楼板局部尺寸和平面刚度变化较大，较为常见的楼板局部不连续主要有楼板开洞面积大于楼面面积的 30%，楼板有效宽度大于典型宽度的 50%。对于一些比较不规则的楼板，可能会出现洞口周边楼板最小有效宽度小于 2m 或者在扣除凹入或者开洞后，任一方向有效净宽度小于 5m 的情况。平面不规则会造成建筑结构的平面刚度偏心、平面强度偏心以及平面质量偏心，给建筑施工造成一定的难度，同时会影响建筑结构的安全稳定性。
（2）竖向不规则结构类型。①侧向刚度不规则。侧向刚度不规则是指建筑除了顶层以外，建筑的局部楼层侧向刚度值小于相邻上一层的侧向刚度的 70%；还小于该楼层以上相邻三层侧向刚度平均值的 80%。②竖向抗侧力构件不连续。竖向抗侧力构件不连续主要是指建筑的上部楼层缩进尺寸大于相邻下部楼层水平尺寸的25% 或者水平外挑尺寸大于 4m及超过下部楼层的水平尺寸的1.1倍。上下墙“柱”支撑不连续，其主要判断依据是竖直方向上的抗侧力构件内力可以通过水平转换为构件向下传递。③楼层承载力突变。这种不规则是指建筑结构相邻层间受剪承载力变化大于 80%。
1.2 不规则建筑的发展现状
随着我国建筑工程施工工艺水平的不断提升，这也促进了建筑设计师在建筑设计时可以进行大胆的尝试和创新，从而出现了很多新型的结构形式和平面布局，各种类型的不规则、不对称高层建筑不断出现，建筑结构也越来越复杂。各种不规则的高层建筑给人们带来了强烈的视觉冲击，然而对于高层建筑不规则结构的抗震相关研究相对滞后。不规则的高层建筑相比于规则的高层建筑结构，其抗震性能相对较差，如果不采取有效措施提升其抗震性能，一旦发生强烈地震就可能导致建筑结构严重破坏甚至威胁到居民的生命财产安全。因此，在提升建筑结构外形美观的同时，必须提升不规则建筑的抗震能力，促进建筑行业的全面发展。
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2 高层建筑中不规则结构主要类型
高层建筑中不规则结构类型主要可以分为两种：一是平面不规则结构类型，主要包括凸凹不规则、扭转不规则以及局部楼板不连续；二是竖向不规则结构类型，主要包括竖向抗承载力构件不连续、竖向刚度突变、建筑工程中楼层间质量突变以及楼层之间承载能力的突变等等。
3 高层建筑结构设计不规则性的应用
通过相关资料表明，在发生地震时建筑物容易受到破坏，通常造成严重破坏的高层建筑物是一些不规则建筑，并且质心和刚心偏离较大，或者结构没有较强的抵抗扭转能力，地震时容易产生扭转破坏。通过技术人员实例分析研究表明，遭遇地震的高层建筑中扭转效应对工程整体结构造成了严重破坏。因此在实际工程中需要进一步对高层建筑结构的扭转效应加以控制，通常采用方式有：
3.1降低高层建筑中刚心与质心的相对偏心距。根据资料表明在高层建筑结构中相对偏心距和扭转效应二者之间呈现线性关系，假如要使建筑工程中扭转效应发生改变，就应该充分的减小楼层之间刚心偏离质心的距离，还可通过调整高层建筑结构的平面布置，促使建筑结构中刚心和质心更加的接近，使各标准层质量分布一致。在实际建筑结构设计过程中，减小结构刚心偏心距的方法：调整结构平面中不规则的布置并进行初步分析和计算，通过初步分析和计算找出高层建筑结构的刚心和质心，通过相关的实践经验以及数据信息准确的判断建筑结构刚度的分布，最后通过调整离质心较远或较近的剪力墙等竖向构件以及边梁截面大小来实现刚心和质心的接近或基本重合。
3.2调整工程抗扭刚度和抗侧刚度之间的比例。在高层建筑结构当中扭转效应和建筑周期之比的平方关系是一种线性的关系，因此在建筑设计过程中，要充分考虑在一定程度上适量的减小建筑结构的周期。进行剪力墙结构设计时，在合理有效的范围内尽可能增厚或者是增长周边的剪力墙，尤其是要高度重视离刚心距离最远的剪力墙。
3.3提高抗扭转效应构件的抗剪承载力。确保高层建筑结构在激烈的振动下仍然处于安全的状态，仅仅靠着结构布置的调整远远是不够的。工程结构技术人员通过实验得出的结论是：当建筑结构尚未处于弹性状态时，对称的建筑结构受到双向水平地震结构的作用在形态上会发生变化。假如充分的考虑高层建筑结构的抗震能力。就应该加强承受抗扭转效应影响的构件的抗剪能力，使高层建筑在地震作用下保持整体结构处于弹性的工作状态。
3.4设防震缝来减小地震带来的危害。实际建筑设计中，由于受到各种条件和环境的影响，造成结构平面不规则布置，还可以通过设置防震缝的方式将建筑结构划分为若干较为规则的结构单元，以减少地震扭转效应带来的危害。
4 结束语
在高层建筑设计中，建筑结构不规则性的应用，在一定程度上直接影响着整个结构的平面布置、软件建模，以及结构的合理性、安全性以及经济性。随着计算机技术的不断发展，力学的进步和新型材料的研发，以及各类结构计算软件的开发和应用，会找到更多、更好的方法来解决高层建筑结构中不规则性的应用，也将能更加真实的模拟结构实际情况进行计算分析，在提高建筑结构的安全度和经济性的同时为实现那些新式的建筑方案做贡献。
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]郜志远,袁海梅.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].建材与装饰,2018(44):65-66.
论文作者:孙善飞
论文发表刊物:《建筑实践》2019年16期
论文发表时间:2019/11/20
标签：不规则论文; 建筑结构论文; 结构论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 规则性论文; 楼板论文; 《建筑实践》2019年16期论文;