高层建筑结构设计的不规则性研究与应用

史沛元

（武汉华中科大建筑规划设计研究院有限公司 湖北省武汉市 430000）

引言

近些年来，我国建筑行业的施工技术以及设备水平开始不断的提升和发展，建筑企业开始大力开展研发建筑设施种类的工作，使得各式各样的不规则高层建筑设施涌现，推动了我国城市化的发展进程。其结构自身的不规则特性，会给其相关的施工设计人员带来极大的挑战，无形之中增加了其施工以及设计等多方面工作的难度，所以，在实际的工程项目结构的设计工作中，其相关的设计人员必须要从实际状况处罚，保障其结构设计的对称性等，降低其建筑结构所受到的各类水平以及条件的影响，潜移默化的提升建筑工程项目的经济性以及安全程度，最大限度的发挥出其高层建筑结构的构建价值，延长其建筑设施的使用年限。

1 不规则高层建筑结构的发展现状

现阶段，我国的建筑工程项目的种类繁多，其需要考量其所面对的各类施工环境以及施工条件等外力因素，其受到多种外力因素的作用，使得建筑设施的结构无法保证绝对的规则性以及对称性。通常建筑设施的不规则形主要表现在凹凸不平的表面上、部分建筑楼板的断裂等方面。其建筑工程项目活动的开展必须要以建筑结构的不规则性位置为基准，不能影响到其建筑结构模型的构建，同时，其还应当确定出其结构的实际布置方案，找出建筑设施自身较为薄弱的部位，尽可能的去提升整体建筑结构自身的合理性。通常来说，不规则的建筑结构会导致其在水平方面产生偏心侧力，同时还会导致其产生不同程度的扭转变形，让其结构的抗侧力无法发挥出其效用，另外其还会加大其实际的施工成本，因此，相关的设计人员必须要懂得实时的调整建筑结构的设计方案，利用规则以及对称等设计方式提升其建筑设施自身的结构性能。大多数的建筑施工人员会为了满足城市化的发展需求，尝试这建造一些极具创新性的建筑设施，目前，我国很多城市中都出现了较多的复杂的不规则结构，其结构的出现带动了我国建筑行业的发展，会在一定程度上增加其建筑设施的美感，但是其设计以及构建也会给相关的施工设计人员带来工作上的挑战。

2 高层建筑不规则结构类型

平面不规则结构与竖向不规则结构是高层建筑不规则结构中的两种主要类型，平面不规则结构主要体现在高层建筑平面扭曲，导致结构呈现不规则现象。高层建筑平面不规则结构的判断标注主要是每一楼层自身最大的弹性水平位移大于该楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍，或者是最大的层间位移大该楼层两端层间位移平均值的1.2倍。竖向不规则的类型，侧向刚度不规则：判断的标准是该楼层的侧向刚度值大小小于与其相邻上一楼层的70%，或者小于该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，排除顶层不算，楼层局部收进的水平向尺寸大于其相邻下一层的25%。竖向抗侧力构件不连续：判断标准是竖直方向上的抗侧力构件的内力通过水平转换构件而向下传递。

3 不规则高层建筑结构设计措施

当地震来临时，其会对一些不规则性的建筑结构设施产生极为强烈的破坏，另外其还会影响到该建筑设施的质量以及刚度偏心程度。其相关的施工人员应当找出不规则高层建筑结构设计的要点，处理好扭转效应对其建筑结构破坏等的问题，在实际的施工过程中，要懂得合理的限制其扭转效用。首先，要对建筑结构的平面不规则层面进行合理的布置，控制好其应用的强度，防止其出现过大偏心等的问题，降低其实际的扭转效用；其次，需要在规定的范围中提升其自身建筑结构的扭转刚度，避免其刚度低下，无法精准的判定其自振周期。当其扭转周期和平动周期相近时，其受到振动耦连的作用，其建筑结构的扭转效用会比较明显。

3.1 降低建筑结构的相对偏心距

建筑结构的扭转效应和相对偏心距的数值始终呈线性关系，想要改良其建筑结构的扭转效应状态，就需要实时的调整其楼层的位移比值，利用建筑结构平面布置方式，让其建筑结构的质心可以更为贴合其刚心的位置。想要降低建筑结构偏心距，可以对其建筑结构平面的不规则性布置进行更为详尽的计算和探究，依据其最初所计算出的数值，确定出其建筑结构的质心刚心等的位置，并对其数据进行比较，对抗侧力构件进行调整。

3.2 建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比数值的调整

高层建筑结构的扭转效应和其结构周期数值存在一定的连接关系，其二者平方始终呈线性的数值关系，因此，其相关的建筑设计施工人员在开展建筑设施设计的工作过程中，必须要考量其建筑结构的周期数值，尽可能的降低其周期，在对剪力墙进行设计时，需要控制好其潜力强的厚度以及长度等，在其相应的范围内对其剪力墙的厚度数值等进行调整，尽可能的加长其剪力墙的长度，同时其还应当对一些和刚心距离比较远的剪力墙进行高度的重视和调整，在其结构的边缘位置上设立拉梁，另外其还应当降低其建筑结构实际的扭转周期数值，对其周边的连梁刚度进行实时的调整。

3.3 周边抗扭构件抗剪力的设计

想要保障高层建筑结构的稳定程度，就需要对其建筑设施所受到的振动以及承重力进行衡量，不能一味的对其结构进行布置和调整，经过实践表明，如果其建筑结构始终处于一个非弹性的阶段，那么其建筑设施所受到的地震效用就会随其形态的变化而变化。如果考虑建筑结构的抗震性能，则应该强化那些受抗扭效应制约构件的抗剪性能，以便使得建筑结构可以在强震作用下保持整体弹性状态。

3.4 较小地震带来的破坏，设置防震缝

在实际工程中经常会遇到平面形状比较复杂的建筑结构，由于受到条件的限制导致不能把平面结构布置成规则的结构，此时便可以通过设置一定的防震缝将结构分成比较简单的结构单元。在工程中适当的设置防震缝是十分有必要的，如：①需要设置抗震缝两侧的结构体系迥异或地震反应效应显著不同时时，抗震缝的宽度便需要考虑不利一侧的结构；②当相邻建筑结构的基础沉降量较大时，可以设置兼做沉降缝的的抗震缝。

4 结语

在高层建筑结构的设计工作中，其建筑结构不规则的特性会使得其建筑结构的建模以及布置等工作变得更加的困难。其会间接性的影响到整体建筑结构的布置状态，其设计人员在设计一些不规则的建筑设施时，应当最大限度的降低其建筑结构呈现出薄弱的部位问题的发生频率，处理好高层建筑结构的各项问题。随着我国互联网信息技术的发展，其建筑结构计算模型工作的开展会变得更为的便利，同时其所反馈并计算出的数值会更加的准确，可以实时的且精准的反应出实际的施工状况。