高层建筑结构设计不规则性的研究与应用段程

高层建筑结构设计不规则性的研究与应用段程

段程

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摘要：在工程中，由于会考虑各种不同的环境、条件等，导致建筑物不可能绝对的规则和对称。建筑物的不规则性一般表现在：平面凸凹的不规则、局部楼板的不连续、不规则以及建筑物自身在竖向刚度上的不连续性、不规则等。实际工程中必须比较准确的判断建筑结构的不规则位置，只有这样才不会影响到对建筑结构的建模、确定建筑结构的一系列布置方案、以及确定建筑物本身比较薄弱的地方，进而在一定程度上提高整个建筑结构的合理性、安全性以及经济性。

关键词：不规则性；抗扭刚度比；偏心距

中图分类号：TU2文献标识码：A

在设计高层建筑结构的时候，因为会受到多种因素的影响，导致建筑结构经常出现不规则性，主要就是体现在局部楼板不规则、竖向自身刚度不规则以及凹凸不规则等，所以，在实施设计建筑结构的时候，需要准确判断设计建筑不规则性，保证建筑的安全性和稳定性，高层建筑设计不规则性不但能够提供良好视觉效果，也能影响建筑整体安全性，因此，在设计建筑结构的时候，需要高度重视不规则性，完全设计建筑结构的效果和作用。

1高层建筑结构设计不规则的特点和形势

随着我国城市化建设步伐的加快，国内建筑行业一直在不断发展变革当中，再加上人们对建筑要求的提升，人们已经不能够满足于过去那种结构单一，只是讲究对称的规则性建筑，并且对建筑的整体外光也有了新的要求。随着各种新的设计理念的出现和创新，结构设计师在进行高层建筑结构设计时，不再仅仅局限于规则建筑结构，而是通过不断改进自身的设计理念和设计思想，变更设计方式，着手设计一些风格迥异、别具一格的建筑。所以越来越多的不规则性建筑在城市当中拔地而起，这种趋势是人类社会文明不断进步发展的趋势，在不久的将来相信会成为国城市建筑结构的主旋律。尽管一些不规则的建筑物改变了原本建筑规则的外观，使得城市建筑多样性提升，但是相应的也会给设计施工人员带来很多的难题。比如说在对凹凸不平的平面进行处理时、局部楼板不连续处理以及怎么保证结构整体刚度等，在很大程度上提升了技术难度，增加了成本。

2高层建筑结构设计不规则的优缺点

一般来说，高层建筑指的是建筑高度大于27米的住宅或建筑高度大于24米的仓库及其他民用建筑。随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，对于建筑美的要求越来越严格，越来越多样。很多建筑结构设计师受人们群众审美以及国外现代建筑风格的影响，建筑设计方案更加倾向于后现代的不规则风格，甚至完全摒弃对称、统一、规则的古典建筑结构，追求个性化、新颖别致、另类、甚至凌乱的建筑结构设计风格。这些不规则的高层建筑结构能够体现整个城市的现代社会面貌，体现各个城市的与众不同，给人们带来了新颖别致的视觉盛宴，满足了人们对现代精神文明的追求。但这种不规则的高层建筑结构，不仅会增加结构设计的难度，还会增加施工的难度及施工成本。一些不规则的建筑结构甚至会出现一些应力集中部位，当其受到较大水平力的时候会使整个建筑遭到破坏。此外，一些不规则的建筑结构还会产生较大的扭转力，影响整个建筑的稳定性。

3高层建筑结构设计不规则性的具体应用

根据相关的调查研究显示，在遭受地震灾害的时候，平面存在不规则性的高层建筑结构往往是最容易遭受破坏的建筑类型。同时，此类建筑物还存在着质量和刚度偏心、抗扭转刚度太弱等缺点。通过相关人员的进一步研究发现，对于高层建筑结构来说，扭转效应所造成的破坏是最为严重的。因此，在实际的施工建设过程中，对于高层建筑结构中的扭转效应，应当采取相应的措施进行有效的限制。对此，可以尽量的限制高层建筑结构平面不规则性，这样就能够在很大程度上消除偏心过大的情况，从而降低高层建筑结构扭转效应的影响。此外，还可以适当的提高高层建筑结构的扭转刚度，使其不会由于强度太弱而增强扭转效应。在对高层建筑结构扭转效应进行判断的时候，可以通过将以扭转为主的第一自振周期和以平动为主的第一自转周期进行比较。如果至两个数值较为相近，那么在振动耦连的影响下，高层建筑结构将会产生较大的扭转效应。

3.1降低高层建筑结构的相对偏心距

根据研究发现，高层建筑结构的扭转效应和相对偏心距之间存在着线性关系。如果需要降低高层建筑结构的扭转效应，同时缩小楼层之间的位移比，可以对建筑结构的平面布置进行相应的调整，从而使建筑架构的质心和刚心的位置更为接近。在实际施工建设的过程中，可以在进行初步计算分析之后，对建筑平面的不规则性布置进行相应的调整。利用初步计算分析得出的结果，确定高层建筑结构的质心和刚心。然后，利用相关数据资料和以往的实践经验，对高层建筑结构的刚度分部进行准确的判断。最后，在距离质心较远的位置，适当的进行抗侧力构件的增减。

3.2根据实际情况选择结构抗侧力体系

（1）进行结构体系的选择时，一定要首先考虑建筑的高度。当高层建筑物的高度处在100m的时候，可以选择框架结构、剪力墙以及框架-剪力墙的结构体系；当建筑物的高度处在100~200m的时候，所选用的结构抗侧力体系主要为剪力墙、框架-核心筒；当在200~300m之间的时候所采用的结构体系为框架-核心筒、框架-核心筒-伸臂；300~400m，为框架-核心筒-伸臂、筒中筒；高于400m的建筑，算是比较高的建筑，它在结构体系的选择上能够选用的结构体系也会相应的减少，现阶段我国的主要结构体系为筒中筒-伸臂、大型框架/矩形斜撑/大型桁架的组合体等。（2）在进行建筑结构的设计工作时，一定要充分做到各结构体系之间的相互联合和统一。（3）在对建筑结构采用多种抗侧力结构体系的时候，要预先进行试验和分析，当确保所选用的结构体系能够达到建筑要求时方能进行实际应用。

3.3提高高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力

高层建筑结构在受到双向水平地震作用的时候会因形态的改变而出现偏心的现象，会给建筑整体带来损坏。因此可以根据抗震规范及建筑结构抗震性能，合理提高高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力，增加抗剪强度，使整个高层建筑结构在受较大外力的作用下，仍然具有回弹的性能，从而减少偏心现象的发生。

3.4设置防震缝

在高层建筑的施工建设过程中，时常会遇到平面形状较为复杂的建筑结构。由于实际条件的限制，平面结构不能被设置为规则的结构。对此，可以通过设置防震缝的方式，将高层建筑结构划分为交单的结构单元。在高层建筑结构不规则性的应用当中，防震缝的设置是十分重要的。如果防震缝两侧的结构体系不同，或是地震反应效应不同的时候，要根据不利一侧的结构来设计防震缝的宽度。而如果相邻的建筑结构基础沉降比较大，在设计防震缝的时候可以同时将其作为沉降缝来使用。

综上所述，在进行高层建筑项目建设过程中，高层建筑结构经常会呈现出不规则性，这些不规则性或多或少会对主体结构的基础设施分布、占地规模以及稳定性等方面产生不利影响，严重影响建筑工程的经济与社会效益。针对不规则性的高层建筑结构，需要做好认真细致的规划，相关的设计人员需要采用先进的设计技术，尽可能减少因为建筑的不规则性带来的高层建筑结构扭转效应，削弱不规则性带来的负面影响，保证建筑工程质量的同时，还能够增加其美观性。

参考文献

[1]范文彬，唐明忠.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].建筑设计管理，2014（6）：72-74.

[2]姜海凤.关于高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].江西建材，2015，07：55+60.

[3]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].吉林大学，2011.