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摘要：随着经济的不断发展，我国高层建筑的数量也随之越来越多。人们审美观念的变化，也使得高层建筑结构的不规则性得到了越来越多的体现，高层结构建筑的不规则性是对设计技术的严峻挑战。本文结合高层不规则建筑的发展现状，分析了高层不规则建筑的类型，对高层建筑结构设计不规则性及应用进行了简要的探讨，以期对高层建筑不规则结构的发展带来积极影响。
关键词：高层建筑；结构设计；不规则性
现如今，建筑行业和得到了突飞猛进的变革及发展，诸多新兴建筑拔地而起，并且高层建筑结构设计上的不规则性变得随处可见，诸如建筑物自身竖向刚度上的不规则、局部楼板的不规则、平面凹凸的不规则等。对于高层不规则建筑来讲，虽然不规则建筑能够给人们带来良好的视觉体验，但是需要设计人员对不规则性进行准确地判断，只有这样才能确保建筑结构的稳定性及安全性。
一、高层不规则建筑的发展现状
随着我国经济的发展，高层建筑乃至超高层建筑已经成为了城市发展的名片，而人们审美观念的不断变化使得不规则设计被越来越多地应用于高层建筑之中，传统的规则、对称的设计理念正在被独树一帜的建筑风格所取代，而各种高层不规则建筑的出现也的确是给人们带来了极大的视觉冲击，相信在未来相当长的时间内这种发展趋势均无法得以改变。高层不规则建筑作为城市高层建筑的发展方向之一，虽然能够更加明显地体现一个城市的风貌，但是同时也给设计和施工人员带来了更大的挑战，如何在确保高层建筑美观性的同时也能够保证高层建筑内部结构的稳定性，这是设计人员和施工人员亟待思考的一大问题。
二、高层建筑不规则结构的类型
1.平面不规则
平面不规则是高层建筑不规则结构的类型之一，还可以细分为扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续。所谓的扭转不规则指的是楼层最大的弹性水平位移在该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2 倍以上，或是层间唯一最大值在该楼层两端层间位移平均值的 1.2 倍以上。凹凸不规则的特点则是在建筑结构的明面上，凹进一侧的尺寸在其投影方向总尺寸的 30%以上。楼板局部不连续的特点是在楼板的某一个位置，其尺寸或平面刚度发生急剧的变化。
（1）平面刚度偏心
平面刚度偏心又包括平面内刚度偏心和平面外刚度偏心，所谓的平面内刚度指的是与荷载方向一致的刚度；平面外刚度则指的是与荷载方向垂直的刚度。受制于建筑结构内部的差异、施工因素的限制以及外部作用力的变化，高层不规则建筑很容易出现平面刚度偏心的情况。
（2）平面强度偏心
在实际的建设过程中，高层建筑一般都使用钢结构作为主体骨架，而由于钢结构建筑存在一定的不确定性，难以保证各部分的强度一致，这就使得结构的设计强度可能与实际强度存在差异，当所有的应力都集中在同一平面内时，构建截面易出现强度偏心情况。
2.竖向不规则
竖向不规则的建筑结构主要可以分为四个类别，分别是侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变和楼层间质量突变。其中，侧向刚度不规则的特点是某一个楼层的侧向刚度值在其相邻上一楼层的 70%以下，或是在该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80%以下。同时，除了顶层之外，楼层局部收进的水平方向尺寸在其相邻下方楼层的 25%以上。竖向抗侧力构件不连续的特点是在竖直方向上，抗侧力构件的内力是通过水平转换构件而向下传递的。楼层承载力突变指的是楼层间的承载能力差异巨大，一般指差异达到 80%。所谓的楼层间质量突变指的是相邻楼层的质量相差巨大，甚至可以差到 1.5 倍以上。楼层间质量突变的特点是某一个楼层的质量在相邻的下楼层质量的 1.5 倍以上。
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三、高层建筑结构设计中不规则性的应用
大量的研究数据显示，在遭受地震、泥石流等外界自然环境灾害时，不规则的高层建筑往往更加不稳定，在自然灾害中遭受的破坏更大，质量和刚度偏心、抗扭转刚度太弱等缺点直接导致其稳定性不如普通的规则建筑。扭转效应对高层不规则建筑的破坏性最大，在高层不规则建筑的设计施工中需采取相应的措施来，降低高层建筑结构平面的不规则性，间接消除高层建筑结构扭转效应。
1.降低高层建筑结构的相对偏心距
大量的研究数据表明，扭转效应与相对偏心距之间存在着线性关系，想要降低扭转效应对高层不规则建筑的稳定性的影响，可以从减小相对偏心距来考虑。在施工过程中可以缩小不同楼层之间的位移比，继而确保整个建筑的质心和刚心的位置不会偏移太多。受制于实际施工中各种因素的影响，前期计算的结果也未必是准确的，需要边施工边进行各种分析，调整建筑平面的不规则性布置，由此得到准确的质心和刚心的位置。如果无法通过减小楼层之间的位移比来将质心和刚心拉近距离，则需要在距离质心较远的位置增加抗侧力构件。
2.调整高层建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度
高层不规则建筑的扭转效应与结构周期比的平方之间存在线性关系，想要降低扭转效应对高层不规则建筑的稳定性的影响，可以考虑减小平动的周期。具体的施工措施有：加长或加厚周边的剪力墙、在结构的边缘增加拉梁、增加周边连梁的刚度。对于各种手段的合理运用，能够在一定程度上弥补高层结构建筑扭转效应的不良影响。
3.提高周边抗扭构件的抗剪力
高层不规则结构建筑在发生地质灾害时稳定性不够，受到的伤害比较大，其根本原因是因为抗扭组件的抗剪力不够，即组件自身的强度不够。在外界条件剧烈变动的情况下，如狂风、地震，高层不规则建筑水平方向的应力会急剧改变，此时可能导致建筑自身的结构发生一定的变化，上层建筑向着某一方向出现了微小的位移，就会导致建筑结构的偏心，偏心程度过大就会对建筑结构自身造成永久性损伤。为了保证高层不规则建筑在外界条件变动的情况下仍能保持自身结构的稳定性，不仅需要依靠结构的调整和布置，还需要强化抗扭组件的抗剪能力，让建筑物产生弹性形变，以此提高建筑整体的稳定性。
4.设置防震缝
在高层结构筑的实际施工过程中，防震缝的设计和使用能够在一定程度上辅助维持高层不规则建筑的稳定性。由于高层不规则建筑形态上的特殊性，防震缝两边无法做到完全相同的结构体系，这就会导致在地震发生时两边的效应完全不同，此时需要根据不利一侧的结果来设置防震缝的宽度，增加建筑整体的稳定性。防震缝设计的另一个好处在于在地震发生时，如果建筑的结构基础出现的沉降现象，防震缝可以作为沉降缝来使用，同样可以辅助维持建筑的整体稳定性。
四、结语
总之，不规则高层建筑的出现既给人们的视觉带来了新的体验，也对设计人员提出了更高的要求。相关设计人员在设计高层不规则建筑结构时，应当尽量避免结构中存在薄弱部位，充分保障建筑整体的稳定性。虽然当前高层不规则建筑结构的设计和应用尚且存在一定的问题，但是笔者相信随着相关技术的发展及设计水平的提升，这些问题势必能够得到很好地解决及完善，从而在增加高层建筑美观性的同时也能确保其安全性和稳定性。
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论文作者:董小花
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/13
标签：不规则论文; 刚度论文; 建筑论文; 高层论文; 规则性论文; 楼层论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2016年1期论文;