建筑结构设计不规则性的研究与应用

陈树良

摘 要：随着城市化进程的逐步加快，城市中的高层建筑也是越来越多。其中，各种不规则的结构设计也变得越来越普遍。本文主要对建筑结构设计中不规则问题展开讨论，希望能够为未来的建筑设计工作提供相关的理论支持。建筑结构设计中的不规则结构问题包括结构的合理刚度、建筑空间的有效利用等，同时还讨论了建筑结构设计中的不规则问题的实际应用情况。通过相关的分析可以发现，建筑设计中的不规则框架结构能够有效的满足建筑的抗震要求，在实际应用中取得了比较好的效果。

关键词：建筑结构设计；不规则；研究；应用

中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-94-2

0 引言

在进行建筑的建造过程中往往会由于相关环境以及地质条件的限制而导致建筑体呈现出不规则的形状，一些不对称的建筑结构也比较常见。

比如说著名的中央电视台大楼就是一个典型的不规则建造体，尽管如此，但是它却真实的体现设计者独具一格的设计理念。

同时，不规则建筑在受力上能够影响建筑设计工作的开展，会造成建筑结构在水平方向上的偏心侧力，会产生一定强度的变形力以及扭转力，造成建筑结构抗侧力的降低，增加建筑的建造成本。

所以说在进行具体的实践时还是应该注意尽最大可能的保持建筑结构的对称，因为这样是提高建筑抗侧力的重要基础条件，有效的提高建筑物的安全系数和使用寿命[1]。

1 不规则建筑的发展现状

随着科学技术的进步以及在建筑领域设计理念的更新，近些年来，我国的建筑行业也有了巨大的发展。我国的城市化进程很大程度上促进了建筑行业的快速发展，各种不同的建筑设计新理念也广泛的应用在城市建筑中。现在城市建筑已经一改往日的单调与规则，开始追求符合新时代审美的建筑设计风格，其中不规则建筑以及非对称建筑都得到了极大的发展。

现在，许多大城市中的一些建筑因其独特的建筑风格赢得人们的普遍关注，比如说比较出名的“东方之门”等。当然在这些建筑的背后是建筑师和相关的设计人员们辛勤努力的结果。但是，虽然不规则结构设计能够很大程度上提高建筑的美感，但是，这也会在很大程度上提高建筑设计的难度，如何设计独具一格而又能够保证建筑安全的不规则建筑已经成为了建筑行业未来发展的重要研究课题。

2 建筑结构中的不规则类型分类

对于建筑结构来讲，一般能够分为以下的两类，包括平面不规则结构和竖向不规则结构。平面不规则结构类型主要包括以下的几类：平面凹凸的不规则性、扭转的不规则性以及个别楼板的不连续等几类；竖向的不规则主要包括楼层承载力的突变、侧向刚度的不规则性以及竖向抗侧力的结构构件不连续等。本文主要是选择两种设计工作中比较常用的不规则结构进行分析介绍。

2.1 对平面不规则结构类型的判断

首先，对于扭转结构来讲对其不规则的判断根据主要是在每一楼层的最大限度弹性水平唯一尺寸必须是超过紧邻楼层两个端点之间弹性水平位移的1.2倍，也可以对最大层间位移进行考察，必须保证超过层间平均位移值的1.2倍。其次，对于凹凸结构的不规则形判定指标为凹进去一侧的数量是否超过其投影尺寸的总长度的30%。再次是对于楼板局部结构的不连续性的判定标准主要是根据相关楼层平面刚度以及楼板尺寸所发生的急剧变化程度。

2.2 对于竖向不规则结构类型的判断

首先，应该对建筑结构侧向刚度的不规则形进行判断，对于此种类型建筑进行判定的标准为楼层之间的侧向刚度低于相邻上一楼层侧向刚度的70%，如果该楼层的刚度值小于以上三个楼层侧向刚度平均值的80%也可以做出这种判定。同时，楼层个别区域水平收缩的长度应该超过与之相邻楼层的25%。其次，对于楼层之间承载力的突变标准为楼层之间的受剪力强度低于与紧邻上一楼层剪力强度的80%。再次是对于建筑结构竖向抗侧力结构不连续的判定指标为在竖直方向上抗侧力构件能否通过水平力的转变而不断向下部楼层传递。最后对于楼层之间质量的突变标准为楼层质量应该超过相邻下一层质量的1.5倍[2]。

3 对于不规则建筑结构设计的主要方法

在实际的建筑结构施工过程中，根据有关人员的研究以及实验可以发现，那些抗震能力不强的建筑结构主要是一些结构不规则的建筑物，还包括一些建筑物质量与刚度发生偏离的建筑，根据相关的研究还可以看出，对建筑结构产生稳定性最大影响的是扭转效应以及扭转结构。

所说在具体进行建筑结构的设计与施工工作时应该尽量的对结构的扭转效应进行限制，建筑工程中最普遍用来限制建筑结构扭转效应的办法主要包括以下的几类：

第一，如果建筑结构的某一部分比较弱就很有可能会导致建筑结构之间的错位，所以说，提高建筑结构的扭转刚度可以从这一方面入手；

第二，要想提高建筑结构的抗扭转效应应该尽可能的降低建筑结构在平面上的不规则性，这样进行设计能够在一定范围内对可能产生的过大偏心力进行限制，提高建筑物的扭转效应力度。在进行建筑结构的设计时如果两种效应扭转周期逐渐接近，由于震动耦连的作用，建筑物的扭转效应会在一定程度上增大，所以对于建筑结构而言，降低扭转效应是保证建筑稳定性的重要方面，主要包括以下几个方面：

对于建筑结构平面不规则性的设计应该是在一定计算分析的基础上做出，根据相关的计算确定建筑结构的刚心以及质心，并且同时还应该注意根据相关的数据以及相关的工作经验来对建筑结构的刚度分布进行分析，然后适当的对距离质心比较远的抗侧力构件进行调整。

在进行建筑设计时应该注意降低建筑体的偏心距，根据有关的数据可以得知，建筑体结构的扭转效应与其相对偏心距之间存在一定的关系。可以通过降低楼层之间的位移比来改变建筑结构的扭转效应，所以在进行设计时应该对建筑物的平面位置进行适当的调整，这样能够有效的减少建筑结构质心与刚心之间的距离，使两者尽可能的重合。

对周边抗扭构件的抗剪切力进行提高，如果想要保证建筑结构在强烈震动下的安全，如果仅仅对建筑物的结构作出调整还是不够的。根据有关技术人员的研究可以发现，处于非弹性时期的建筑结构，如果受到双向水平震动的作用很有可能造成建筑结构的偏心现象[3]。

对于建筑结构抗扭刚度比以及抗侧刚度进行调整，根据有关的研究成果可以发现，对于建筑结构来讲，其扭转效应与结构周期之间比值的平方是具有线形关系，所以说在进行建筑结构的设计时应该注意合理的降低建筑结构施工周期。比如说在进行剪力墙的施工时，应该在保证建筑工程稳定、安全的前提下适当的增加周边相关剪力墙的厚度，尤其是对于那些距离刚心最远的剪力墙。

合理的设置防震缝，在进行工程施工时可能会遇到一些平面形状比较复杂的建筑工程，由于在进行这一类建筑结构的设计时会受到相关地形条件的限制，所设计的平面结构往往是不规则的，通过合理的设置防震缝不仅能够有效的将相关的建筑结构分割成一些比较简单的单元，同时还能有效的提高建筑结构的稳定性。

4 结语

不规则建筑结构在现代城市建筑中越来越普遍，不规则结构对于建筑工程质量建设也具有越来越重要的地位。但是现阶段的不规则建筑结构应用中依然是存在一定的问题。所以，相关的研究人员应该加强对于不规则结构的研究，在满足现代人多样化需求的同时尽量的降低不规则结构的负面影响。

参 考 文 献

[1] 龚俊.建筑结构设计不规则性问题的分析[J].建材与装饰，2015（45）：123-124.

[2] 陈孝超.不规则建筑结构设计中结构设计问题[J].城市建筑，2015（29）：59.

[3] 贺躲.对建筑结构设计不规则性问题的分析[J].低碳世界，2014（18）：254-255.