高层建筑不规则结构设计研究

文/高履伟 青岛腾远设计事务所有限公司 山东青岛 266000

针对高层不规则建筑的结构设计中存在着诸多值得借鉴的技术要点，应用的结构设计手段以及设计思想也十分主要。科学合理的结构设计不单单可以令高层不规则建筑体质量得到进一步提升，还能确保其拥有较强的实用性。

1、高层建筑不规则结构设计类型划分

1.1 平面不规则结构

第一，凹凸不规则。针对凹凸过细来说，其简单的说是通常状态下凸出部分长宽比要大于2.0，抗震设防烈度在Ⅷ度的情况下该比值应当控制在1.5 以上；就凸进过多而言，其简单的说是平面凹进一侧尺寸不小于百分之三十的投影方向总尺寸；而平面狭长可以理解是平面长宽比保持在6.0 以上，抗震设防烈度在Ⅷ度的情况下该比值应当保持在5.0 以上。第二，扭转不规则。针对位移比不小于1.2 的高层建筑来说，这个时候可以将其当成平面扭转不规则。第三，楼板不规则。针对产生平面楼板不规则的高层建筑来说，其往往具备如下特点：一是楼层错层较大；二是采用细腰形平面；三是开洞面积在该层楼面面积的百分之三十以上；四是有效楼板宽度在开洞凹之后小于该楼层典型宽度的百分之五十。

1.2 竖向不规则结构

第一，侧向刚度不规则。大部分状态之下很容易致使高层建筑演变成竖向不规则结构，像为了转变为空旷房间，相关设计者需要在结构顶部将墙和柱去除；结构上部楼层，同时上部楼层水平尺寸的百分之九十不小于下部楼层；倘若结构上部楼层收进部位到室外地面的实际高度1 和房屋高度之比不小于0.2 时，那么这个时候上部楼层收进后的水平尺寸应当大于下部楼层水平尺寸的百分之七十五；与此同时，楼层侧向刚度不大于其上相邻三层平均值的百分之八十，亦或是不大于相邻上部楼层的百分之七十。第二，竖向抗侧力构件不连续。通常水平转换构件会向下传递竖向抗侧力构件的内力，显然这也是高层建筑竖向不规则结构的主要特点之一。

1.3 其他不规则结构

第一，复杂高层结构。从客观的立场来讲，高层建筑当中存在着较多的结构，像多塔楼结构、连体结构等，这些均可以认定其存在结构不规则；第二，超规范结构。无论是针对存在新型结构的高层建筑来说，还是就超高结构的高层建筑而言，均可以当成其存在结构不规则，刚才所提及到的新型结构可以理解为是规范未涉及，积极使用新型技术、新型材料建造的结构。而提及到的超高结构主要是指大于规范规定的最大高度。

2、强化不规则结构设计科学性的有效措施

2.1 降低建筑结构偏心距

众所周知，当建筑结构衍生出偏心距问题时，很容易会影响到高层建筑的整体水平。所以，相关设计者在具体设计期间应当想法设法地减少建筑结构的偏心距，从根本上将影响因素降到最低，以此来增强建筑的可靠性。为了达到扭转效应的目的，相关设计者需要科学处理建筑的整体布局，以便可以快速减少楼层的位移比，增进质心和钢心之间的差距。通常情况下，工程中行之有效的手段为：相关设计者应当认真计算建筑结构，并不断完善与优化不规则平面，紧接着再对调整以后的结构进行深度挖掘，直到所有指标均满足相关要求才可通过。显然这种手段不但可以得到建筑的质心和刚心，而且还能强化高层建筑的安全性。

2.2 对抗侧强度及扭曲刚度进行科学调节

结合相关资料可以发现，振动周期发生变化时，一定会对扭转效应产生显著的影响。将上述理论当作参考依据，出于完善高层建筑扭转效应的目的，相关设计者应当把振动周期当作研究对象进行深度剖析，并在此基础上充分利用改变振动周期的手段来对扭转效应加以调整。与此同时，相关设计者在设计剪力墙的过程中，应当结合具体状况选择最为适宜的墙体厚度以及墙体长度，显然这就中心间距较大的墙体来说是重中之重的。通常情况下，常见的方法有很多，其中一个是在结构边缘增加一定数量的梁结构以及柱结构，目的是为了对结构抗扭强度加以优化，继而起到节约振动时间的作用。除此之外，相关设计者还要想法设法地优化边缘连续刚的刚度，不断完善扭曲刚度。站在理论层面的立场出发来讲，出于强化连续梁抗剪力的手段能够在无形当中强化结构的整体性能；从实际操作层面的角度出发来看，相关设计者应当结合具体状况将剪力墙连梁的截面宽度进行延长。上述方法能够在无形当中促使剪力墙梁结构的整体刚度发挥出应有的价值，同时还能充分保障建筑结构的可靠性。

2.3 提升不规则结构周边抗扭构件抗剪力

因为会在很大程度上受地震双向水平的干扰，所以高层建筑难免会衍生出变形的情况。倘若变形处于弹性时期，那么会具有恢复常态的可能性，而这个时候不会对建筑的整体结构带来任何的影响；倘若变形处于非弹性时期，那么这个时候就会导致变形不能恢复到原来的状态。所以，基于地震状态之下，为了尽可能减少偏心问题发生的概率，相关设计员一定要在充分结合抗震规范的基础上做好相应的设计工作。

2.4 科学规划不规则部件，并做好防震措施

和常规建筑进行详细对比可以发现，高层建筑不规则设计存在显著的繁琐性且很容易受到各种因素的干扰。所以，相关设计者在具体设计期间一定要对影响的相关因素进行充分考虑，以便可以做好切实可行的规划，为后期施工可以有条不紊的进行下去提供应有的保障。在具体施工期间，一定要灵活运用抗震手段，在建筑四周设置一定数量的防震缝，这样做的目的是为了降低地震对房屋产生的不利影响，继而起到保护建筑物的作用。

结语：

综上所述，随着高层建筑规模的日益增加，平面布置不规则建筑如雨后春笋一般涌现出来，随之对建筑的稳定性提出了诸多的要求，与之相匹配的抗震设计工作也存在着较大的难度系数。如果想要促进平面布置不规则高层建筑的可持续发展，那么一定要对相关设计进行深层次的分析，积极探索可行的手段，以此来保障此类建筑的可靠性与安全性。