不规则建筑结构设计分析及优化

张诗涛

摘    要：现代社会的快速发展极大提升了人们的物质生活水平，对于建筑结构也有多方面需求，不规则建筑结构设计在满足人们视觉需求的同时，也增加了建筑结构设计的难度，对于建筑结构的抗震性及安全稳定性是一个较大的考验。文章通过分析不规则建筑结构的主要特征的基础上，重点阐述了不规则建筑结构设计问题及其处理。

关键词：建筑工程;不规则结构;设计问题;处理措施

1  引言

对高层建筑结构进行标准化设计，设计人员需要秉持质量为先、发展为重的设计理念，要进一步将提高建筑稳定性当作设计的出发点。针对高层建筑常见的不规则结构形式，设计人员更要理性分析，认真对待，并结合实际的设计经验，丰富设计方法，重视设计细节，形成完整、精准的不规则结构设计方案。

2  不规则结构主要特征

2.1  平面不规则

（1）当位移比在1.2以上时，为扭转不规则。

（2）对于凹凸不规则，主要指下列三种情况：①平面狭长，当抗震设防烈度在Ⅵ～Ⅶ度时，长度与宽度之比超过8.0，当为Ⅷ度设防时，长度与宽度之比超过5.0;②凹进过多，其一侧尺寸比投影方向上的尺寸大35%;③凸出部分太细，长度与宽度之比超过2.0[1]。

（3）如果楼板在局部没有保持连续，则也属于平面不规则，包含以下几种情况：①开洞凹入以后，楼板上有效宽度比典型宽度的一半小;②楼板上开洞的面积超过总面积30%;③平面形状为细腰形;④楼层错层较大。

2.2  竖向不规则

（1）对于侧向刚度，当有以下几种情况时，为不规则：①该层的侧向刚度比与之相邻的上层侧向刚度小70%;②上部楼层收进处和室外地面之间的距离超过建筑高度1/5;③上部楼层向外挑出，而下部楼层实际水平尺寸比上部小90%;④在结构顶部，由于取消了墙、柱而产生空旷的房间。

（2）设置于竖向的抗侧力构件未能连续：构件中的内力从水平转换构件不断向下传递。

（3）楼层的承载力发生突变：对于A级高层建筑，其受剪承载比不足0.8;对于B级高层建筑，其受剪承载比不足0.75。

3  高层建筑不规则结构的设计问题及处理

3.1  工程概况

本工程为某高层建筑工程，建筑总高度为65.25m，总面积为11450.2m2，共22层，其中有1层为地下建筑，其他层包括商场和住宅。建筑自地下1层到地上3层近似矩形平面，4层及4层以上近似“凸”形平面。本高层抗震设防烈度为7度，主体结构采用框架-剪力墙结构，存在的不规则类型具体包括平面不规则、楼板不连续等。在具体设计时，需要针对性的进行不规则的结构设计，并重视做好结构薄弱部位的抗震强化设计。

3.2  不规则结构设计问题及处理

3.2.1  偏心距的合理控制

对高层建筑中的不规则结构进行设计，设计人员首先要处理好偏心距。过大的偏心距将影响高层建筑整体的稳固性，设计人员应采用先进的方法实现对偏心距的有效控制。结合不规则结构的具体设计要求，可以采用以下方法实现对偏心距的有效控制：一是要严格控制建筑位移，使高层建筑的位置保持基本固定;二是针对建筑物进行结构方面的布局优化设计，并且要注重进行动态和灵活性的设计，以便在后期出现偏心距过大问题时可以有效的进行调整，确保施工能够顺利进行。

3.2.2  楼板不连续的具体处理

楼板不连续是高层建筑结构不规则的具体表现形式，本工程中就出现了楼板不连续这一问题。工程人员在发现问题后基于提高区域楼板抗震性能和稳固性的角度考虑，在对竖向体型突变部位设置楼板时，选择厚度为180mm的楼板，针对其他楼层的相应部位，则适当增加板厚，分别增加30mm。工程人员还针对该薄弱区域配置了高配筋率的楼板，并进行双层双向通长设置，保持高于0.3%的配筋率。而在处理楼板边缘部位时，则通过设置扁梁的形式进行处理，扁梁上部的纵筋能够直接在楼板内进行锚入，工程人员严格参照抗震等级要求确定锚固长度，获得了较好的处理效果。此外，针对高层建筑楼板不规则问题，在进行处理时，应进行相应的计算。在计算时，计算人员需要使用标准的计算程序，并进行计算条件的假定，建成计算模型，并进行不断优化。在进行具体计算时，计算人员会假定平面内刚度无限大，同时会限定楼板在平面内不出现变形这一情况。但是在实际的高层建筑中，很容易出现楼板内的凹入现象，较大的开洞会成为楼板平面变形的主要推手。因而在进行计算时，计算人员需要假定多种条件，并结合实际工程情况，确保实现对楼板不连续场景下的精准计算。

3.3.3  凹凸不规则的具体处理

结合本工程的具体特征可知，在4～21层都为“凸”形平面，因而需要计算其具体的凸出长度，具体为11.3m，而本工程的平面突出方向的结构总长度为22m，已经超出了总长度的51.4%，因而可以将该结构判定为凹凸不规则结构。针对这一不规则情况，设计人员应找出平面尺寸的突变位置，并计算楼板厚度，基于此进行进一步的设计，并相应的采取加强配筋措施。

3.2.4  竖向体型收进的具体处理

本建筑工程由于有商业建筑和住宅区的区分，因而在4层商业建筑以上，结构平面就出现了收进现象，具体的体型收进高度和收进后的平面宽度分别为11.1m和12.7m，基本达到建筑总高度的17%与下部楼层对应宽度的49%。而上述比值已经接近于高规第3.5.5条对应的20%和75%的限值，因而可以将该结构判定为竖向不规则结构。针对竖向不规则结构，设计人员在进行处理时，应关注抗震增强设计。基于此，应针对结构薄弱层，以多遇地震作用标准值为基准，以该值的剪力乘以1.25的增大系数。而在进行具体的结构设计时，设计人员则要保持上部收进楼层和相邻下部楼层对应的剪力墙和框架柱的截面尺寸不出现变化，并且要使混凝土等级达到强度要求，由此可以保证使两个楼层间的抗侧移刚度和承载力处于较小的差值范围内。在具体的抗震不屈服设计活动中，设计人员应从提高建筑结构塑性角度出发进行设计，并对地震影响系数进行预估，在弹性时程分析法下进行补充计算，提高抗震设计精准度。

3.2.5  防震缝的合理设置

高层建筑结构在日常使用过程中遭遇地震的可能性较小，但是也需要高度重视进行抗震设计。尤其针对强度较小的地震，更应该提高重视。在进行具体设计时，设计人员应合理的设置抗震缝。高层建筑的实际平面结构一般较为复杂，在进行设计时，要针对不规则结构进行处理，并设置恰当的抗震结构，留置合理的抗震缝。在具体设置时，设计人员可以对平面结构进行分区，使其形成较为简单的结构单元。而在具体设置抗震缝的过程中，工程人员也需要关注抗震缝两侧的结构体系，若结构体系不一致，则要以较为不利的抗震场景为基准进行抗震缝的优化设计，可以对宽度进行收窄或扩宽，同时还可以结合相邻建筑结构的基础沉降情况合理的设置沉降缝。

4  结束语

总之，高层建筑已经成为当前主要的建筑形式，高层建筑的设计工作较为复杂，需要设计人员具有较高的结构意识和质量意识，尤其针对不规则结构，在进行设计时，更要精准掌握设计细节，把握设计要点。在具体设计时，应针对实际的工程案例进行不规则结构的分析，找出需要进行不规则设计的部位，有针对性的开展设计工作，确保高層建筑不规则结构的竖向、横向结构稳固，同时也要彰显出良好的抗震性能，不断提升高层建筑整体效益。

参考文献：

[1] 陈康慈.高层建筑不规则结构设计探讨[J].城市住宅，2019（7）.

[2] 孙凌.关于高层建筑不规则结构设计的应用分析[J].建材与装饰，2019（15）.

[3] 王华梅.高层建筑不规则结构设计的应用研究[J].绿色环保建材，2019（6）.