摘要：随着社会的发展和时代的不断推进，人们对于建筑的要求也在不断攀升。这也是近年来我们会看到越来越多性能丰富、造型特异的建筑体产生，且很多城市中不断有摩天大楼产出的原因。这些高层建筑及不规则的结构设计在满足人们视觉需求的同时，也极大地增加了建筑结构设计的难度，并且使得建筑体的抗震性及安全稳定性更难得到有效保障。对于高层不规则建筑的结构设计中有很多值得注意的技术要点，采取的结构设计方法和理念也非常重要。有效的结构设计不仅能够让高层不规则建筑体得到良好实施，同时也是让这类建筑能有更好的使用性能，并且充分保障建筑体安全稳定性的方法。
关键词：高层建筑、结构设计、不规则结构
如今高层不规则建筑在现实生活中较为普遍，如图1所示。
图1.平面不规则建筑：
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1.高层建筑不规则结构形态分析
从高层建筑的定义可知，主要涉及两大内容：10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑；房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。因此，现在所建造的建筑大多属于高层建筑，高层建筑的不规则则是目前工程中普遍存在的问题。其主要的表现形式有：结构平面布置不规则、结构竖向布置不规则。在实际工程中，需找到发生不规则性的具体位置及具体形态，并采取针对性措施，对建筑结构的方案进行对比优化，确保建筑结构的整体稳定性及满足抗震概念设计的要求。
1.1结构平面布置不规则结构
平面内不规则结构有几种典型体现方式，首先是扭转不规则高层建筑结构。包括扭转位移比大于1.2的结构及任一层的偏心率大于15%或相邻层质心水平距离大于相邻层中该方向较大边长的15%。其中扭转位移比大于1.2是指在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移或层间位移的最大值大于该楼层平均值的1.2倍。其次是建筑结构平面轮廓不规则高层建筑结构，这类建筑体通常指是指平面太过狭窄、太长，长宽比较大，凹进去太多，凸出来的又太细等，包括凹凸不规则及楼板局部不连续。凹凸不规则建筑结构判断标准是，建筑结构平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%；楼板局部不连续是指结构平面楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或较大的楼层错层。还有一些其他的平面内不规则结构形态，如细腰形平面、角部重叠形平面等，这些结构类型在目前越来越普遍，也让结构设计中有更多潜在问题需要得到良好处理与解决。
1.2结构竖向布置不规则结构
垂直方向的不规则结构主要分为以下几种，首先会普遍看到的是侧向刚度不规则建筑结构，是指楼层的侧向刚度小于相邻上一楼层的侧向刚度的70%或相邻上部三层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平向尺寸小于下部楼层水平尺寸的75%；当上部结构楼层相对下部楼层外挑时，上部楼层水平尺寸大于下部楼层的水平尺寸的1.1倍，或水平外挑尺寸大于4m。其次是竖向抗侧力构件不连续建筑结构，主要指结构竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递。再次是楼层承载力突变，是指抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。其余还有多塔楼结构、带加强层结构、连体结构等也属于竖向不规则结构。
1.3建筑体本身的不规则
建筑体本身的不规则现象也较为普遍，这类建筑体通常都存在建筑楼层质心分离的状况，这会让建筑体整体的刚度受到影响，并且直接影响到建筑体的抗震性能。这类问题的产生有很多导致原因，比如前期结构设计的不合理，或者是建筑材料和施工工艺的不合规等，都会让建筑体发生质心分离，并且导致刚度中心产生偏移现象，严重时会直接造成建筑体结构的扭转[1]，使其呈现不规则状态。当楼层质量大于相邻下部楼层质量的1.5倍时为楼层质量突变，使其建筑本身存在不规则，对抗震不利。
2.高层建筑不规则结构设计实施方法
高层建筑结构因其复杂性、多样性，现有设计理论及其计算手段往往并不能完全满足其应用要求，而应该更多地从抗震概念设计出发，更多地重视整体结构性能的布局设计。
2.1有效设置防震缝
在处理高层不规则建筑的结构设计时，首先可以通过防震缝的合理布置来减少结构不规则情况。一般来说，高层不规则建筑通常有非常复杂平面设计，由于不规则结构的设计需求，使得规则的平面结构设计无法使用。在这样的背景下，可以合理设置防震缝来将建筑体的平面结构进行拆分，将整个建筑体分成若干个独立结构单元。这可以很大程度化解不规则建筑平面结构中存在的问题，能够使建筑结构平面单元变得规则，从而让建筑体的稳定性有更好的保障。
2.2合理控制相对偏心距
对于高层不规则建筑体而言，结构设计在实施的过程中需要就相对偏心距有合理控制。从相关实践证明来看，在这类建筑体中相对偏心距会直接随着建筑体扭矩的变化而变化，并且呈现一定的线性关系。在实际的操作和施工控制中，如果能够将那些不符合规范的平面设计做适当调整，这可以帮助更好的确定整个建筑体的质心与刚心。在这个基础上，可以进行非常明确的建筑体刚度的策略，一旦发现刚心和质心有较大的偏离，可以通过就建筑平面结构构件的调整来保证质心与刚心的偏心距以保障建筑体的稳定性与抗震性。
2.3合理使用抗扭构件
从相关实践经验来看，在建筑体处于非弹性时期的阶段，高层不规则建筑会很大程度受到水平震动的影响，随着施工的推进，不规则建筑的形态在逐渐发生变化，这会直接导致建筑体产生偏心问题。基于这样的问题，可以透过加强结构抗剪性能来发挥作用[2]，这可以让建筑体即使在遭遇较强震动的情况下，也能够具备一定的整体弹性。这样才能够让整个高层不规则建筑体有更好的稳定性，也是提升其抗震性能的方法。
2.4对于扭转刚度与抗震刚度的有效调整
对于高层不规则建筑体，其主体结构会有更高的发散扭转效应的可能，这种扭转效应会和建筑体自身的震动周期之间存在一定的线性关系。因此，在控制高层不规则建筑体发生扭转形变，以及降低由于这部分作用力带来的潜在危险时，可以通过合理控制建筑体的震动周期来实现。这一方法已经在很多实际工程的展开中得到了验证，且效果非常明显。由此可见，在针对高层不规则建筑进行结构设计时要多从技术层面找突破口，这样才能让各种潜在问题得到更好的解决[3]。
结论
简而言之，高层建筑及不规则的结构设计在满足人们视觉需求的同时，也极大增高了建筑结构设计的难度，并且使得建筑体的抗震性及安全稳定性更难得到有效保障。对于高层不规则建筑的结构设计中有很多值得注意的技术要点，采取的结构设计方法和理念也非常重要。
参考文献：
[1]白云飞，周东兰，杨铮.论高层建筑平面不规则结构设计[J].城市建筑，2014（6）：71.
[2]曹鹏，宗乃旭.海外超高层项目模架体系探析[J].施工技术，2019，48（2）：67-73.
[3]张海涛.高层建筑结构不规则设计浅析[J].建筑设计管理，2018，35（6）：90-92.
[4]中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范GB 50011-2010（2016年版）.中国建筑工业出版社.
[5]中华人民共和国行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 3-2010.中国建筑工业出版社.
论文作者:雷文啟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/15
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