探讨高层建筑不规则结构设计

贺世伟

摘要：目前，随着社会的发展和时代的不断推进，人们对于建筑的要求也在不断攀升。这也是近年来我们会看到越来越多性能丰富、构造特异的建筑体产生，且很多城市中不断有摩天大楼参数的原因。这些高层建筑及不规则的结构设计在满足人们视觉需求的同时，也极大增高了建筑结构设计的难度，并且使得建筑体的抗震性及安全稳定性更难得到有效保障。对于高层不规则建筑的结构设计中有很多值得注意的技术要点，采取的结构设计方法和理念也非常重要。有效的结构设计不仅能够让高层不规则建筑体良好实施，这也是让这类建筑有更好的使用性能，并且充分保障建筑体安全稳定性的方法。文中对高层建筑不规则结构设计进行了分析。

关键词：高层建筑；建筑工程；结构设计；不规则结构

1导言

高层建筑对稳定性提出了更高要求，其平面布置应具有足够的规则性。当平面表现为不规则特性时，则会导致平面质量与刚度两大指标的中心不重合现象，严重时会引发结构扭转等问题，最终对结构形成破坏。在此背景下，工程人员必须注重平面不规则这一影响因素。

2不规则结构主要特征

2.1平面不规则

2.1.1当位移比在1.2以上时，为扭转不规则。

2.1.2对于凹凸不规则，主要指下列三种情况

平面狭长，当抗震设防烈度在Ⅵ~Ⅶ度时，长度与宽度之比超过8.0，当为Ⅷ度设防时，长度与宽度之比超过5.0；凹进过多，其一侧尺寸比投影方向上的尺寸大35%；凸出部分太细，长度与宽度之比超过2.0。

2.1.3如果楼板在局部没有保持连续，则也属于平面不规则，包含以下几种情况

开洞凹入以后，楼板上有效宽度比典型宽度的一半小；楼板上开洞的面积超过总面积30%；平面形状为细腰形；楼层错层较大。

2.2竖向不规则

2.2.1对于侧向刚度，当有以下几种情况时，为不规则

该层的侧向刚度比与之相邻的上层侧向刚度小70%；上部楼层收进处和室外地面之间的距离超过建筑高度1/5；上部楼层向外挑出，而下部楼层实际水平尺寸比上部小90%；在结构顶部，由于取消了墙、柱而产生空旷的房间。

2.2.2设置于竖向的抗侧力构件未能连续

构件中的内力从水平转换构件不断向下传递。

2.2.3楼层的承载力发生突变

对于A级高层建筑，其受剪承载比不足0.8；对于B级高层建筑，其受剪承载比不足0.75。

2.3超规范结构

主要包含三种：超高结构，即结构的高度超出规范允许的最大高度；超限结构，即结构的限值超出规范允许的最大限值；新型结构，即运用新技术、材料或工艺施工而成的结构，这种结构通常规范都没有提及。

对于超规范结构，因其限值超出规范允许，或与规范的规定相违背，或根本没有规范条文，也没有经验可以借鉴，所以无论平面或立面的设计布置是否达到规则，均属于不规则结构，在设计中严格审查，保证设计合理性。

3建筑不规则结构种类

3.1竖向不规则

关于侧向刚度不规则的评判方法有：需选定上层相邻楼层，将其作为基本参照对象，对当前楼层的侧向刚度进行计算分析，若所得结果小于前者的70%，则可视为侧向刚度不规则；此外，若所得结果小于上之三层侧向刚度均值的80%，则也应视为侧向刚度不规则。但要注意的是，建筑顶层不允许算入其中。

关于竖向侧抗力结构构件不连续的评判方法有：以水平转换构件为基础，当侧抗力结构表现出向下传递现象，同时楼层承载力出现突变时，则需将其视为不规则建筑。其基本特征有：相比于上一相邻楼层而言，当前层所对应的抗侧力结构剪切力不大于前者的80%。

3.2平面不规则

当平面质量存在偏心时，必然会引起建筑平面的不规则。此外，当构件的截面尺寸存在差异时，往往会成为偏心问题的主要诱发因素。同时，除了前期施工环节外，后续使用过程中也会出现质量偏心的问题。当平面刚度出现偏心时，建筑平面会表现出明显的不规则性。对平面刚度作进一步细分：关于平面内刚度，其方向与荷载作用相同；反之，如果与荷载作用方向相反，则可视为平面外刚度。受施工条件或周边环境等因素影响，不同结构构件所对应的荷载情况也各不相同，这也均会产生平面刚度不均匀等现象。此外，平面强度也容易引发偏心问题。在实际施工过程中，钢筋及混凝土材料具有明显的选择不确定性，因此实际强度值也会与预期值产生偏差，从而使结构构件截面存在强度偏心，对结构带来影响。

3.3超规范结构

以最大高度为基准，当建筑实际高度超出该范围时，则可视为超高结构。关于超规范结构，即建筑超出了规范的限值或尚未满足当前行业内的规范条文，此时无论平面或立面布置是否合理，均需将其视为不规则结构。

4高层建筑不规则结构设计实施方法

4.1效设置防震缝

在处理高层不规则建筑的结构设计时，首先可以透过防震缝的合理布设来提升结构稳定性。一般来说，高层不规则建筑通常有非常复杂的平面设计，由于不规则结构的设计需求，使得规则的平面结构设计无法使用。在这样的背景下，可以合理设置防震缝来将建筑体的结构进行拆分，将整个建筑体分成若干个独立结构单元。这可以很大程度化解不规则建筑平面结构中存在的问题，能够让建筑体的稳定性有更好的保障。

4.2合理控制相对偏心距

对于高层不规则建筑体而言，结构设计在实施的过程中需要就相对偏心距有合理控制。从相关实践证明来看，在这类建筑体中相对偏心距会直接随着建筑体扭矩的变化而变化，并且呈现一定的线性关系。在实际的操作和施工控制中，如果能够将那些不符合规范的平面设计做适当调整，这可以帮助更好的确定整个建筑体的质心与刚心。在这个基础上，可以进行非常明确的建筑体刚度的策略，一旦发现刚心和质心有较大的偏离，可以通过就建筑体构件的调试使用来做调整，以保障建筑体的稳定性与抗震性。

4.3合理使用抗扭构件

从相关实践经验来看，在建筑体处于非弹性时期的阶段，高层不规则建筑会很大程度受到水平震动的影响，随着施工的推进，不规则建筑的形态在逐渐发生变化，这会直接导致建筑体产生偏心问题。基于这样的问题，可以透过加强结构抗剪性能来发挥作用，这可以让建筑体即使在遭遇较强震动的背景下，也能够具备一定的整体弹性。这样才能够让整个高层不规则建筑体有更好的稳定性，也是提升其抗震性能的方法。

4.4对于扭转刚度与抗震刚度的有效调整

对于高层不规则建筑体，其主体结构会有更高的发散扭转效应的可能，这种扭转效应会和建筑体自身的震动周期之间存在一定的现行关系。因此，在控制高层不规则建筑体发生扭转形变，以及降低由于这部分作用力带来的潜在危险时，可以通过合理控制建筑体的震动周期来实现。这一方法已经在很多实际工程的展开中得到了验证，且效果非常明显。由此可见，在针对高层不规则建筑进行结构设计时要多从技术层面找突破口，这样才能让各种潜在问题得到更好的解决。

5结束语

总之，在目前的很多大中城市中，我们可以看到越来越多的高层和超高层建筑体，不仅如此，这些建筑体在结构和构造上也在逐渐趋于不规则形态，这类高层不规则建筑已经越来越普遍。这样的建筑体在满足人们视觉需求及对于个性化的追求的同时，在结构设计和实施上也提出了更高要求。结构设计师要从项目的实际情况出发，结合一些关键问题利用技术手段寻求突破，让高层不规则建筑的性能得到发挥，同时，让其稳定性和抗震性也得到有效保障。

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