高层建筑结构设计不规则性的研究与应用

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　　摘 要 现阶段，很多高层建筑出现了结构不规则性，这对现代化建筑设计技术提出了严峻的挑战，从而也提高了结构工程师对建筑结构设计的要求。据此，本文对高层建筑结构设计的不规则性进行了详细分析，并对其实际应用做了深入探究。
　　关键词 高层建筑;结构设计;不规则性
　　1 高层建筑结构设计不规则性概述
　　高层建筑结构设计不规则是指平面和立面外形的尺寸，抗侧力构件布置、质量分布、强度分布等无法满足对称和规则等要求。目前高层建筑结构设计的不规则主要体现为平面不规则和竖向不规则。
　　1.1 平面不规则
　　（1）扭转不规则
　　扭转不规则高层建筑结构是指建筑每层自身的最大弹性水平位移大于楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍。其进行判断的标准是单向偶然偏心地震作用下的位移比大于1.2倍。
　　（2）凹凸不规则
　　凹凸不规则高层建筑结构是指平面太过狭窄、太长，凹进去太多，凸出来的又太细等。凹凸不规则高层建筑结构判断标准是，在阳光下，建筑结构平面凹进去的尺寸大于投影方向尺寸的30%。
　　（3）楼板局部的不连续
　　楼板局部的不连续高层建筑结构是指每块楼板的尺寸和平面刚度变化比较大。有效宽度大于典型宽度的一半，开洞面积大于楼面面积的30%。其中一些楼板局部特别不规则，有效净宽度甚至会大于5m，或者一侧楼板的最小有效宽度小于2m。平面不规则会直接导致建筑平面质量、平面刚度和平面强度等偏心，以此给整个建筑施工及其建筑物的稳定性造成严重的负面影响[1]。
　　1.2 竖向不规则
　　（1）  侧向刚度不规则
　　侧向刚度不规则建筑结构是指除建筑顶层，整个建筑楼层的侧向刚度值大小和相邻上一楼层的侧向刚度值大小进行比较，小于70%。与楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的大小进行比较，小于80%。楼层局部收进的水平向尺寸和相邻下一层进行比较，大于25%。
　　（2）楼层承载力突变
　　楼层承载力突变建筑结构是指建筑相邻楼层受剪承载力变化大于80%。
　　（3）竖向抗侧力构件不连续
　　竖向抗侧力构件不连续建筑结构是指竖向构件位置缩进大于25%，或外挑大于10%和4m，或上下墙、柱、支撑不连续，含加强层和连体类等。进行判断的标准是竖直方向上的抗侧力构件内力能够通过水平转换成竖向构件向下传递。
　　1.3 建筑结构本身不规则
　　建筑结构本身不规则是指由于建筑楼层质心发生偏移，建筑施工受限制，建筑结构刚度发生退化等，导致建筑结构不规则。建筑楼层质心偏移是指建筑结构自重和荷载的实际分布存在一定的变化，以此导致建筑质量中心和建筑结构的几何中心无法重合。在施工技术、施工材料和建筑构件尺寸等因素的影响下，在建筑工程施工过程中，会导致刚度存在一定的不确定性，从而使得刚度中心发生偏移，最终导致建筑结构发生扭转。
　　2 高层建筑结构设计不规则性的发展现状
　　伴随着科学技术的快速发展，社会经济的不断进步，由于思维意识的不断改变，越来越多复杂的外形设计结构和不规则的高层建筑形式开始大量出现，不规则设计将会是未来高层建筑发展的必然趋势。尽管不规则设计方式能够在很大程度上提高建筑的美感，但是也会提高建筑设计的难度，因此，在保证稳固和安全的基础上，设计独特的不规则建筑形式，成为建筑行业未来发展的主要问题[2]。
　　3 高层建筑结构设计不规则性的应用
　　高层建筑不规则结构中，最严重的破坏方式就是扭矩效应，对此应该及时采取有效的应对措施，最大程度上限制使用不规则平面结构设计，以此大大降低扭转效应对高层建筑设计效果的影响。并在此基础上，适当增加建筑设计不规则结构的扭转刚度。
　　3.1 设置防震缝
　　在高層建筑结构不规则形式设计过程中，会应用到一些架构非常复杂的平面形状，由于受实际情况的影响，无法合理设置规则的平面建筑结构，所以，通过设置防震缝，有效地将建筑结构变成独立的结构单元。如果存在不同体系结构的两侧防震缝和不同反应的地震反应效应，就需要以实际宽度为主要依据，进行防震缝设计。而如果出现沉降较大的相邻基础结构，这时防震缝也能够被当作沉降缝使用。
　　3.2 降低相对偏心距
　　实践证明，在高层建筑不规则结构设计时，相对偏心距和扭转效应之间存在着一定程度上的线性关系。在建筑工程施工过程中，对结构刚度进行计算分析，合理调整不符合规范的不规则建筑结构平面设计，根据计算结果，能够有效确定设计建筑结构的刚心和质心。与此同时，还可以结合相关经验和数据资料等，对设计建筑结构的刚度进行更加准确的分析和判断，在远离质心的位置，适时提高或降低构件的抗侧力。
　　3.3 合理利用空间和地面
　　在进行高层建筑结构设计时，应该最大限度的、充分合理的利用建筑施工的空间和地面，对不规则建筑进行科学合理的分布，以此促使高层建筑整体保持空间和平面结构的对称，同时，还要对高层建筑主体结构进行合理布置，全面防止出现偏心现象。
　　3.4 增加附近抗扭构件的抗剪力
　　经实践经验可以发现，在非弹性时期，进行高层建筑设计，会受到水平方向震动的影响，由于形态不断地在改变，对称的建筑结构会形成一定的偏心，因此，应该不断提高和强化设计建筑结构的抗剪性能，从而保证在强烈震动的基础上，能够具备整体弹性的高层建筑设计结构，从而确保建筑结构具备良好的抗震性能。
　　3.5 合理调整扭转刚度和抗侧刚度
　　高层建筑的主体结构发生扭转效应，与结构自我震动周期的平方之间存在着线性函数关系。因此，在进行高层建筑主体结构设计时，可以合理降低建筑结构的自有周期，以此降低高层建筑主体结构的扭转效应。在剪力墙设计过程中，应该在有效区域内，对墙体的长度或厚度进行科学的调节，尤其是距离高层结构刚度中心比较远的墙体。改善高层主体结构的抗扭刚度，在实际工程中应用，一般会采取结构边缘设置柱梁的方式，全面降低高层主体结构的自我震动周期，而且提高边缘梁的刚度值，也能够有效改善高层建筑主体结构的抗扭刚度。
　　4 结束语
　　综上所述，高层建筑结构设计不规则性会对建筑的稳固性造成直接性的影响，同时还会影响城市的美观。目前高层建筑建筑结构设计不规则性主要表现为平面不规则、竖向不规则和结构的不规则。建筑结构设计不规则会引发很多问题，这就要求相关部门必须采取有效的应对措施，尽量降低由于建筑结构设计不规则所带来的负面影响，确保建筑物的稳定性。
　　参考文献
　　[1] 周瑞钦.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].中华建设，
　　2013，（04）：98-99.
　　[2] 付艺璇，满国君.关于高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].门窗，2013，（07）：190，193.
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