高层建筑结构设计不规则性分析

蔡晓燕　安占义

【摘要】近些年来，不规则的建筑结构类型越来越多，这给高层建筑结构设计提出了严峻的挑战。本文就高层建筑结构设计的不规则性进行分析。

【关键词】不规则性；结构设计

随着社会的快速发展，人民生活水平的逐步提高，城市的不断扩建，建筑行业也在不断的发展，人们对建筑设计有了更高的追求。一些具有设计感、标新立异、不规则的建筑给城市增添不少亮丽的风景，但是也给结构设计人员带来了更大的考验。因此，对不规则的高层建筑结构设计进行研究分析是很有必要的。

高层建筑的抗震性是高层建筑结构不规则性设计最需要注意的问题。高层建筑结构设计需要解决的重点问题就是如何能够在保持不规则的同时做好抗震性设计，只有根据不规则的程度采取有效的措施，才能既保证高层建筑的新颖外观，又能保证设计的安全可靠。

一、高层建筑中不规则的结构划分

（一）平面不规则结构的类型

平面不规则结构的类型主要包括了三种，即平面凹凸不规则、扭转不规则、楼板局部开大洞。结构平面凹进一侧的尺寸大于其投影方向总尺寸的30%，或平面凸出一侧的长度大于宽度的1.5倍时，视为平面凹凸不规则。楼层竖向构件在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，最大水平位移和层间位移均大于该楼层平均值的1.2倍时，视为扭转不规则；大于该楼层平均值的1.5倍时，视为严重不规则。楼板局部开大洞是指楼板开洞总面积超过楼面面积的30%时，平面刚度发生突变。

（二）竖向不规则结构的类型

竖向不规则结构的类型主要包括了四种，即侧向刚度突变、楼层承载力不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层质量沿高度分布不均。对于框架结构，楼层与其相邻上层侧向刚度的比值小于0.7，与其相邻上部三层侧向刚度平均值的比值小于0.8时，视为侧向刚度突变。对于框架-剪力墙、剪力墙结构，楼层与其相邻上层侧向刚度的比值小于0.9时，视为侧向刚度突变。楼层抗侧力构件与其相邻上一层层间受剪承载力的比值小于0.8时，视为楼层承载力不规则。竖向抗侧力构件的内力通过水平转换构件而向下传递，视为竖向抗侧力构件不连续。楼层质量沿高度分布不均是指楼层质量大于相邻下部楼层质量的1.5倍。

二、不规则高层建筑结构设计中应采取的措施

经历多次大地震让我们明白，平面严重不规则、质量与刚度偏心以及抗扭转刚度太弱的建筑结构，在地震中都受到了严重破坏。通過一些振动台模型试验结果证明，扭转效应是导致建筑结构严重破坏的重要因素。因此，在实际工程中需要从以下两方面对建筑结构的扭转效应加以制约：1）、对建筑结构平面布置的不规则性加以制约，从而避免产生过大的偏心而导致建筑结构产生较大的扭转效应。2）、建筑结构的扭转刚度不能太弱。为减少不规则结构设计给高层建筑带来扭转效应具体方法如下。

（一）减小结构的偏心现象

偏心距是指建筑结构某一个截面抗扭刚度中心偏离该截面的核心距离。偏心距过大对楼体承受压力的构件不利，相对偏心距与扭转效应在一个特定的环境范围里以线性函数关系表现出来。要想降低扭转效应给高层建筑带来影响，必须减小楼层位移比，要调整建筑结构的平面布置，减小刚度中心与重量核心之间的距离，降低扭转效应。因此，结构工程师应结合建筑平面及功能进行合理的结构布置。例如剪力墙结构中剪力墙的合理布置可以使结构的刚心与建筑的质心、平面的形心尽量接近，从而实现结构的基本对称。这就要求结构工程师在建模计算时，要反复调整分析计算结果。

（二）提高周边抗扭构件抗剪力

相关研究表明，当建筑结构处于非弹性状态时，对称的建筑结构受到双向水平地震作用下，会随着形态变化而偏心。因此考虑建筑结构的抗震性能，应强化周边抗扭构件的抗剪性能，使建筑结构可以在强震作用下保持整体弹性状态。

（三）调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度

建筑结构的扭转刚度与其结构周期比的平方呈线性关系。因此，加大结构抗扭刚度，就可以减小建筑结构的扭转周期，降低结构的扭转效应。为防止建筑结构某个部位的扭转性能过差，就应该强化建筑结构中的各个薄弱环节。在具体设计时，可通过增加周边连梁刚度、加长或加厚周边剪力墙来实现。

（四）合理设置防震缝

对于平面形状比较复杂的建筑结构，可以通过合理设置防震缝将结构分成比较简单的结构单元。防震缝的设置，有利于减少房屋扭转，改善结构抗震性能。防震缝两侧结构类型不同时，防震缝的宽度宜按不利的结构类型考虑，并按较低一侧的房屋高度确定缝宽。防震缝应沿房屋的全高设置，基础及地下室无需设置防震缝。防震缝两侧构件应加强构造措施，必要时可在防震缝两侧设置垂直于防震缝的抗撞墙。当相邻结构的基础存在较大差异时，为避免不均匀沉降，可适当加大防震缝的宽度。

结束语

在实际工程中，准确判断建筑结构的不规则性，能直接影响到结构的建模计算、结构布置、薄弱楼层的判断、位移比的控制、以及最后的施工图设计，从而影响到整个建筑结构布置的合理性、安全性和经济性。结构设计师应在设计中采取有效的措施来避免和解决不规则性给建筑带来的不利因素，提高高层建筑的抗震性能。

参考文献

[1]赵孝民.不规则高层建筑结构设计中应采取的措施.中外建筑，2009（08）.

[2]姜海菊.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用.科技资讯，2012（04）.