探讨不规则性高层建筑结构设计研究与应用

摘要：随着社会的不断发展，建筑行业也成为我国社会经济发展过程中重要的组成部分，而建筑结构设计作为建筑工程施工的基础，在整个建筑工程中有着十分重要的意义。但是，设计人员在对建筑结构设计的过程中，有时会遇到一些不规则的建筑结构，这就加大了建筑设计工作的难度。本文首先对不规则建筑在我国建筑行业中的发展现状进行介绍，其次阐述了不规则高层建筑结构的类别，最后讨论了不规则建筑结构的设计对策，以供参考。

关键词：高层建筑；结构设计；不规则；设计对策

在社会经济不断的发展过程中，人们对建筑结构的要求也逐渐的提高，因此人们在对建筑结构进行设计的时候，不仅要对建筑结构的质量和耐久性进行要求，还要考虑建筑结构的个性化特点，这就加大了高层建筑结构设计的难度。而在建筑工程施工的过程中，由于受到各方面因素的影响，给建筑结构的对称性带来了严重的影响，因此建筑结构设计工作只能怪，就出现了许多不规则的建筑结构。为此，我们在工程设计的过程中，就要从建筑结构的整体性出发，对不规则的区域进行准确的判断，采用切实可行施工方法，对建筑结构不规则的区域进行适当的改进，这不仅有效的提高了建筑结构的安全性，还保障了工程施工的经济效益。下面我们就对高层建筑结构设计不规则性的相关内容和设计对策进行介绍。

一、不规则建筑在国内的发展现状

自改革开放以来，我国的建筑行业得到了空前的发展，科学技术水平也在不断的提高，而且伴随着社会进程的加快，人们对建筑结构的要求也不再只局限于对建筑结构的质量和耐久性的要求，还对建筑结构的外形美感和个性化设计有着一些新的认识。因此设计人员为了满足人们的要求，就打破了传统建筑设计理念的束缚，将建筑结构的个性化特点淋漓尽致的表现在人们的社会建筑当中，从而形成了一套新颖别致的建筑设计理念。而且这些新型的建筑结构大多数都没有按照建筑结构规则性和对称性的要求，属于不规则性的高层建筑结构。不过，这些不规则的建筑结构，随着科学技术的不断发展，其设计理念也发展了较大的转变，企业建筑结构形式也越来越多的复杂，这虽然对我国建筑行业的发展方向有着一定的指示作用，但是大幅度的增加了建筑工程的设计的难度。

二、不规则高层建筑的结构分型

目前在就建筑行业发展过程中，出现的不规则建筑结构的形式主要分成两种，一种是平面结构不规则的建筑，其中主要包括了建筑结构的楼板连续性的缺乏、建筑平面结构的不规则扭转等方面；另一种则是竖向结构不规则的建筑，它主要有不规则竖向结构的刚度，建筑结构的承载能力发生变化等。下面我们就对着两种不规则高层建筑结构的相关内容进行介绍。

（一）平面不规则

高层建筑平面结构的不规则性主要表现在平面不规则扭转、不规则凹凸以及建筑楼板结构的连续性缺乏等方面上。下面我们就对着结构方面进行简要的介绍：（1）平面不规则扭转主要是根据每层楼房结构的两端存在的弹性水平位移量进行判断，如果楼层结构的水平位移量超过平均值的1.2倍，那么建筑楼层结构就会出现不规则扭转；（2）不规则的凹凸则是体现利用建筑结构的投影尺寸上，而且其平面结构凹进的面积超过30%。（3）楼板结构连续性的缺乏主要是因为建筑结构的平面和楼板面积发现剧烈的变化而造成的。

（二）竖向不规则

（1）不规则的倾向刚度：其判断依据为与邻近上一楼层相比，本楼层侧向刚度数值低于其70%；或不高于本楼层上方三个相邻楼层平均侧向刚度数值的80%。在排除顶层尺寸的情况下与相邻下层水平方向尺寸相比，本楼层收进的局部部分应不低于其25%。（2）竖向抗侧力构件缺乏连续性：其判断依据为在竖直方向上，其抗侧力构件所受内力由水平转换构件加以转换继而向下方传递。（3）楼层承载力发生突变：其判断依据是与上一层结构中抗侧力部分受剪程度相比，本楼层受剪程度不超过其80%。（4）楼层间发生质量突变：其判断依据为与下一相邻楼层相比，本楼层质量不低于其质量的1.5倍。

三、不规则建筑设计的应对策略

由一系列相关技术研究证实：建筑物若存在较大不规则性，过大的质量偏心或太弱的扭转刚度在地质灾难中均属于易出现破坏、坍塌事故的建筑物。在建筑物所受到的外力破坏因素中，扭转效应属于特别严重的一种，因而在工程实践中应采取合理措施有效限制建筑物扭转效应，其常用方法如下：（1）对于建筑结构的布置，应尽量避免其平面呈不规则状，或加以严格限制，使建筑结构在一定程度上免于出现偏心过大现象，建筑物结构在此前提下所产生的扭转效应则会更大。（2）针对建筑扭转刚度，应在合理数值范围内促进其最大化，避免其太过薄弱。第一自振周期Tc以扭转为主，第一自振周期T1则以平动为主，而建筑结构所产生的扭转效应大致可依据Tc与T1两者的比值来判定，当Tc与T1两者数值相对较为接近时，在振动耦连状效应的影响下，建筑物扭转效应会产生较为明显的增幅。以下是若干降低建筑物扭转效应的方法。

（一）采取有效措施减小建筑物相对偏心距

在某种程度上，建筑物相对偏心距与建筑物所产生的扭转效应呈线性关系。若要使扭转效应得到合理改善，对楼层位移比作更进一步的降低，则可利用对建筑物平面布置进行调整，促使建筑物刚心与质心两者更为接近。在工程实践中降低建筑物偏心距的方法为：在对结构平面作初步计算以及分析后方可对其不规则性布置进行调整，并充分利用计算结果精确判断出建筑物的质心以及刚心，同时还应在工程实践经验与相关数据支持的前提下，对建筑物结构整体刚度分布加以精确判断，最终对那些与质心之间具有较大距离的抗侧力构件加以适当增减。

（二）对建筑物抗扭刚度比以及抗侧刚度进行调整

建筑物的结构周期比平方值与其扭转效应大致也呈线性关系。因而在建筑物设计过程中，可考虑对建筑结构周期予以适当减小。在剪力墙施工过程中，应尽量于限定范围内对周边剪力墙行增厚或加长处理，对于与刚心之间有着最远距离的剪力墙尤其应予以重视。而对结构抗扭刚度的强化通常采用将拉梁设置与建筑物边上，同时对建筑物整体结构扭转周期加以缩小，此外还可利用提高周边连梁刚度。

（三）增强抗扭构件自身的抗剪力

要使建筑物在强烈地质灾害下仍然保证安全无虞，则不能仅仅依靠对其结构布置进行调整。当建筑物结构整体处于非弹性时状态时，地震作用力则会对建筑结构施以双向水平受力，建筑结构则会随其形态变化而发生偏心。抗扭效应为构件抗剪力的重要制约因素。若将建筑物抗震性能纳入到考虑范围内，则应对构件抗剪性能加以强化，从而能够在强震影响下保证建筑物结构整体仍能处于弹性状态。

四、结语：

总而言之，随着社会的不断发展，人们为了体现出高层建筑结构的个性化特点，打破了传统建筑结构的设计理论，从而使得许多不规则的建筑结构也出现在了人们的生活中，这也加大建筑结构设计的难度。因此为了保障建筑结构的质量，满足人们的要求，设计人员在对不规则建筑设计的过程中，就要对建筑结构的不规则性进行研究，并且将先进的设计理念融入到其中，从而推动我国建筑行业的发展。

参考文献：

[1] 钟国华.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[D]. 重庆大学 2006

[2] 慕朝辉.不规则高层建筑结构抗震分析[D]. 西南交通大学 2003