高层建筑结构设计不规则性的分析与实践

张家俊

（广东南海城乡建筑设计有限公司广东佛山　528200）

高层建筑结构设计不规则性的分析与实践

张家俊

（广东南海城乡建筑设计有限公司广东佛山528200）

随着我国经济社会的快速发展，科技水平得到明显提升，很多行业对应的也得到了前所未有的发展提升。当前就建筑行业来讲，很多高层建筑在结构上存在不规则的特征，这其实也使结构工程师对一些建筑在结构设计方面提高了要求。本文首先就高层建筑结构设计不规则性进行简要阐述，重点说明它的特点、形势以及种类，并且分析在建筑结构设计领域具体应用情况，争取能够为结构工程设计做出更好的设计提供一定的理论支持。

高程建筑；结构设计；不规则性；分析；实践

在进行项目建设时，由于所建设施常常会受到地形地质、资金、施工过程、空间剩余等多个方面的影响，或多或少都会引起一定的建筑物不规则性。高层建筑结构当中出现的不规则性主要体现在平面布局、水平和垂直受力、刚度和延性以及部分结构等层面。在实际建筑过程当中，工作人员需要对结构中存在的不规则点进行准确把握，并且还要根据对应的不规则点绘制出分布图，以免这些不规则点会对结构方案设计以及建筑物规模设定等方面产生不利应用。通过对结构不规则性的研究，能够及时发现结构设计当中薄弱环节，才能够制定对应的处理对策，保证建筑结构的稳定与可靠性。

1　高层建筑结构设计不规则的特点和形势

随着我国城市化建设步伐的加快，国内建筑行业一直在不断发展变革当中，再加上人们对建筑要求的提升，人们已经不能够满足于过去那种结构单一，只是讲究对称的规则性建筑，并且对建筑的整体外光也有了新的要求。随着各种新的设计理念的出现和创新，结构设计师在进行高层建筑结构设计时，不再仅仅局限于规则建筑结构，而是通过不断改进自身的设计理念和设计思想，变更设计方式，着手设计一些风格迥异、别具一格的建筑。所以越来越多的不规则性建筑在城市当中拔地而起，这种趋势是人类社会文明不断进步发展的趋势，在不久的将来相信会成为国城市建筑结构的主旋律。尽管一些不规则的建筑物改变了原本建筑规则的外观，使得城市建筑多样性提升，但是相应的也会给设计施工人员带来很多的难题。比如说在对凹凸不平的平面进行处理时、局部楼板不连续处理以及怎么保证结构整体刚度等，在很大程度上提升了技术难度，增加了成本。

2　高层建筑结构设计要点

2.1尽可能减少高程建筑相对偏心距的大小

根据详细的调查数据，不断进行分析可以得出，高层建筑结构的扭转效应和相对偏心距在一定的范围内是呈现线性关系的，所以说要想降低主体结构扭转效应带来的负面影响，就需要尽最大可能减少不同楼层之间相对位移的比例，减少相对偏心距。只有做好这些部分的工作，才能够保证对高层结构平面以及空间分布进行合理布局，使得刚度中心同整体结构中心偏离距离减少。在进行实际建筑设计时，主要采用以下方法来减少高层主体结构的相对偏心距：首先需要进行详细的计算，根据具体计算结果，来分析如何对主体结构的平面以及空间分布进行有效协调，根据分析结构在设计纸上准确标记处刚度中心以及高层建筑整体结构的重心所在；除了做好以上几个方面的工作之外，设计人员还要对数据信息资料进行有效分析，对高层建筑结构的刚度分析进行认真规划，根据具体规划情况，来调节偏离重心比较远的抗测力设施。

2.2根据实际情况选择结构抗侧力体系

大量的理论和实践表明，选择科学合理的结构抗侧力体系能够在很大程度上提高复杂高层建筑以及超高层建筑的稳定性和安全性，它也是建筑结构设计中的重点所在。在进行选择上具体需要考虑以下几个方面：

（1）进行结构体系的选择时，一定要首先考虑建筑的高度。当高层建筑物的高度处在100m的时候，可以选择框架结构、剪力墙以及框架-剪力墙的结构体系；当建筑物的高度处在100～ 200m的时候，所选用的结构抗侧力体系主要为剪力墙、框架-核心筒；当在200～300m之间的时候所采用的结构体系为框架-核心筒、框架-核心筒-伸臂；300～400m，为框架-核心筒-伸臂、筒中筒；高于400m的建筑，算是比较高的建筑，它在结构体系的选择上能够选用的结构体系也会相应的减少，现阶段我国的主要结构体系为筒中筒-伸臂、大型框架/矩形斜撑/大型桁架的组合体等。

（2）在进行建筑结构的设计工作时，一定要充分做到各结构体系之间的相互联合和统一。

（3）在对建筑结构采用多种抗侧力结构体系的时候，要预先进行试验和分析，当确保所选用的结构体系能够达到建筑要求时方能进行实际应用。

2.3要注意做好防震设计

（1）在进行超高层以及复杂高层建筑的施工操作的时候，要想保证能够起到一定的抗震作用，对于建筑材料的选择是至关重要的。

（2）要切实做好建筑的设计工作，确保地震发生时，能量的输入能够得到有效的控制。具体所需要做到的方面有：①当建筑物施工完成时，对建筑物的构建进行承载力验收工作的时候，要对建筑结构在地震情况下的各楼层的位移和变形的限制进行良好的控制；②在对超高层和复杂高层建筑进行设计的时候，要充分考虑到地震所发生的可能性，采用积极和基于抗震的设计方法进行建筑结构的设计工作，并且对所进行的设计要进行定量的分析，确保所作的抗震设计能够满足要求；③要对建筑物在地震情况下，所发生的变形和位移这两者之间的关系进行精确的计算，预先设计好构件的变形值；④结合建筑物的高度和大小对建筑物的构造进行有针对性的设计；⑤高层建筑施工的场地一定要选用坚固的土地，确保地基的稳定性，这在一定程度上也能够减少地震的危害性。

（3）利用先进的施工技术最大化提升建筑的延性。对于高层建筑来讲，它自身的承载能力基本上是一定的，但是它的延性确实有很大的不同，同时已经有大量的实践和理论表明，建筑物具有良好的延性能够将地震所带来的能量进行有效的转移，减少建筑结构的变形程度。所以要想做好防震工作，从提升建筑结构的延性入手也不失为一个好的办法。

（4）做好施工前的设计工作。设计工作的质量高低对于抗震效果有着明显的影响作用，所以在进行超高层以及复杂高层建筑施工的时候一定要做好建筑结构的抗震设计工作，并且要根据建筑所处的地理位置和建筑高度选用适合的结构体系。一般来讲目前最为流行的结构体系主要有三种：框架-筒、筒中筒以及框架-支撑结构体。

3　高程层建筑结构设计不规则性的应用

不管是国内还是国外，历次的大地震震害都高速人们，如果建筑结构的平面不规划、质量和刚度偏移以及抗扭转刚度较弱在地震中都会受到非常严重的破坏。在对建筑结构扭转效应进行限制时，可以从以下两个方面进行：

图1　结构竖向收进和外挑示意

图2　建筑结构平面的扭转不规则示意

（1）可以通过限制建筑结构平面布置当中存在的不规则性，避免产生较大的偏心，防止出现较大的扭转效应。

（2）还要保证限制建筑结构扭住刚度要足够强。关键是需要限制第一自振周期和平动为主的第一自振周期比值。因为如果两者比较接近的话，受到较强振动耦联影响，结构会出现较大扭转效应。

当前在高层建筑工程设计当中，多数应用的计算与计算分析方法，具有相同假定，都是假定平面内刚度无限大、楼板在平面内不出出现变形，虽然一般情况下对绝大多数工程来讲可以接受，不过一旦楼板有比较大的凹入，存在比较大的开洞，楼板在平面内就会出现变形，这个时候之前的假定就不再适用，对应的也就需要采用考虑到楼板变形影响的相关计算方法与程序。考虑到楼板的实际刚度可以利用楼板等效为受弯水平梁简化方法，所以说是可以把楼板划分成单元之后在利用有限元法进行计算的。楼板的凹入和开洞尺寸不能够大于楼面宽度的一半以上，同时楼板的开洞总面积最好也不要超过楼面面积的1/3，在去除掉开洞以及凹入部分的面积之后，在任何一个方向的楼板最小净宽度都不要小于5m，并且开洞之后每一边楼板净宽度要大于2m。

图3　建筑平面结构图

4　结语

综上所述，在进行高层建筑项目建设过程中，高层建筑结构经常会呈现出不规则性，这些不规则性或多或少会对主体结构的基础设施分布、占地规模以及稳定性等方面产生不利影响，严重影响建筑工程的经济与社会效益。针对不规则性的高层建筑结构，需要做好认真细致的规划，相关的设计人员需要采用先进的设计技术，尽可能减少因为建筑的不规则性带来的高层建筑结构扭转效应，削弱不规则性带来的负面影响，保证建筑工程质量的同时，还能够增加其美观性。

[1]姜海凤.关于高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].江西建材，2015，07：55+60.

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[3]范文彬，唐明忠.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].建筑设计管理，2014，06：72～74.

[4]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.

TU973.3

A

1673-0038（2015）50-0045-02

2015-11-20

张家俊（1989-），男，助理工程师，本科，主要从事建筑结构工程工作。