高层建筑结构设计中不规则性分析

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摘要:随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，可利用的土地资源也越来越少，对比大城市而言，高层建筑工程设计一定程度上减少了对土地的利用率。传统的建筑的特点多以对称性和一致性为准，而随着时代的发展人们对美的定义的重新认知，使得现代设计者们为迎合时代建筑的特点开始设计具另类风格的建筑物，例如鸟巢，这种新颖的建筑风格在某种程度上代表了我国观赏性建筑行业的发展趋势。虽然这些建筑会给人带来耳目一新的感觉，但是在实际的操作中给结构设计人员和施工人员带来了一定的困难。但是，现代主义建筑在追求土地资源合理运用的同时，也在趋向个性化发展，即不规则性，这就给建筑结构设计师和施工人员带来了严峻的考验，对此，本文将通过不规则建筑结构的特点和存在问题进行分析并对不规则建筑结构设计的提出应对措施。

关键词:不规则建筑结构设计存在问题措施

1现代主义建筑中不规则建筑结构的特点

1．1平面不规则性

在平面不规则类型中主要分扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续:(1)扭转不规则主要表现在每一层楼的最大弹性水平移是该栋楼楼层两端水平移平均值的1．2倍，或者最大层间移位是该楼层的两端的层间移位平均值的1．2倍;(2)凹凸不规则类型主要是以建筑结构面凹进一侧的尺寸大于实际投影方向上总尺寸的30%为准;(3)楼板局部不规则主要以楼板尺寸以及平面刚度发生的急剧变化为判断标准。

1．2竖向不规则性

建筑不规则整体结构除平面不规则外还包括竖向不规则类型，而竖向不规则中主要分为以下几种:(1)侧向刚度不规则以该楼层的侧向刚度值小于与其相邻上一楼层的70%，或者小于该楼层以上相邻的三个楼层侧向刚度平均值的80%，除掉顶层外的楼层布局收进的水平向尺度大于与其相邻下一层的25%为判断依据;(2)竖向抗侧力不规则以竖直方向上的抗侧力产生的内力通过水平的转换构建而向下传递为依据;(3)楼层承载力突变以层间的抗侧力结构受剪程度小于上一层的受剪程度的80%为判断标准;(4)楼层间质量突变以楼层质量大于相邻的下一楼层质量的1．5倍为判断标准。

2不规则建筑结构中的问题

不规则建筑结构中的结构经常会出现一些应力集中的部位，这些部位一旦受到较大的水平力影响会最先出现问题，严重的会造成破坏。另外，因不规则的结构产生的较大的扭转力，对结构本身都是存在影响的。假设楼板为平面内的无限刚，当期结构发生平动和扭转时，将发生受力变化。通过公式中为刚性楼盖的计算同一侧楼角点竖向最大水平位移;为刚性楼盖的计算同一侧楼角点竖向最小水平位移;为刚性楼盖的计算，该楼层平均水平位移;使位移比为，并将其带入到公式中得出，另外当时，从以上对比数据中可以看出当时，整个构建的受力呈现不均匀的状态。按照国家抗震规范可以把建筑方案分为三个等级，第一个是一般不规则，处理措施是按照一般规范、规程的相关规定加强保护措施;第二个是特殊不规则，处理时需要经过专业部门的研究和论证后采取高于一般规范的规章制度进程加强措施，并且对于高层建筑严格按照建筑部第111号命令进行抗震设防和专项检查;第三个是严重不规则，对于此类建筑要求建筑师进行修改和调整。根据上文中对平面不规则和竖向不规则的介绍，也需要通过这两个方面对其安全性进行考虑，平面不规则中需要考虑的为以下三个方面:首先，平面质量的偏心，因为截面尺寸不同的结构构件会造成质量偏心的产生，另外，由于结构施工、使用等因素也会造成质量偏心;其次，平面刚度偏心，因为所受承载负荷的不用，施工环境等复杂因素会造成平面刚度的不唯一性。进而产生一定的平面刚度偏心;再次，平面强度偏心，因为上文中的两种偏心现象较为常见，导致人们经常忽视了平面强度偏心，在实际项目实施中，因为所配混凝土、各种型号的钢筋等构件因素的不同，导致了结构设计强度与实际强度存在较大的差异，这种情况下容易造成强度偏心的想象发生。

3针对高层建筑不规则性的措施

3．1减少高层建筑中相对偏心距的大小

根据时属于大偏心受压构件，属于小偏心受压构件的原理，对偏心距进行适当的调整有利于改善结构空间和平面的整体分布，能够保证结构之间的稳定性和安全性。在实际的工程建设中采取一定的措施以减少偏心距，首先在对其具体的数据要进行精确的运算，根据计算得出相应的值并制定合理的调整方案，并且在设计图纸上需要明确的标注出相对离心距的位置，还需要对相关的数据和资料进行分析，这样才能有利于减少偏心距的大小，使整体设计更为合理。

3．2根据实际改进建筑结构的抗侧刚度和抗扭刚度的大小

根据相关调查结果得知，高层主体结构出现扭转的效用和自我震动周期的平方值中具有保持线性的函数关系。所以，在对高层结构进行设计时，可以合理的降低建筑结构自我诊断的周期长短，以此来削弱高层主体结构。在相关剪刀墙的设计中，可以根据调节墙体的长度和大小来达到此目的。在实际的操作中，以改善高层建筑主体结构边缘装置柱梁的方式。来降低高层主体结构的自我震动周期，此外提高边缘连梁值的大小同样可以起到调整的作用。

3．3合理增加高层建筑主体结构边缘构件的抗剪强度

如果想实现更好的结构分布效果，除了从主体结构的调整上采取措施，还需要加强建筑边缘的结构强度。在出现外力影响的情况下，建筑主体结构会因此发生严重的破坏，相关人员调差发现，如果高层建筑受到双向水平地震作用，处于弹性期间时，会导致建筑结构形态因回弹不发生变化，而处于非弹性期间形态发生变化进而产生偏心现象等问题。在此情况下，就需要建筑具备一定的抗震性，加强建筑边缘结构的强度，提高周边抗扭构建的抗剪力，使建筑结构在强震的作用下也能发挥自身功能处于整体弹性状态，保证建筑的完整性，给建筑内的人员逃生时提供一定的时间。

3．4依据科学建立防震缝

在实际的工程设计过程中，设计师们经常会碰见空间与平面形体复杂的高层建筑图纸，在诸多条件的制约下，很难将这种复杂的结构设计成有规划的整体，对于此类现象就需要建立一些防震缝来保证工程的质量。另外应用防震缝有利于将房屋分成若干形式简单，结构刚度均匀分布的独立部分，以此减轻因相邻建筑由地震造成的碰撞，进而导致房屋的破坏。同时在建立防震缝时需要注意的两点:一是如果建立防震缝两侧的设施不同或抗震力不同，需要按照抗震力弱的一方进行设置;二是如果出现邻近建筑物沉降值超出限值的情况，需要建立相应的沉降防震缝。

3．5合理布局不规则部件

为保证在高层建筑过程中出现的各种意想不到的情况，需要设计设在进行设计时，注重对不规则部件的规划和安排，以利于减少整体结构中出现的偏小现象，避免因不规则部件的散乱布局造成建筑出现大幅度的扭转效应。

4结语

在现代工程建设中，高层建筑的不规则性已成为时展的趋势，而如何在建造不规则高层建筑使保证整体结构的完善和建筑的质量，需要在设计施工中对比较薄弱的环节进行及时的改进，并提出相应的解决方案，这样才能更好的保证高层建筑的安全性，在实际建设施工中需要根据实际情况进行合理性的改进，利用新技术和新概念，减少建设过程中的不利影响，做到在保证建筑美观的同时保证建筑的质量。

参考文献

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作者：马萍 单位：河南省人防建筑设计研究院有限公司