高层建筑不规则结构设计的应用研究刘冬

高层建筑不规则结构设计的应用研究刘冬

刘冬

身份证号：13062919860410XXXX

摘要：随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对建筑的要求不再局限于实用性与功能性，对建筑结构设计的要求也越来越高。因此，更多高层建筑开始采用不规则结构设计，在满足建筑实用性与功能性要求的同时，对建筑造型进行创新，使高层建筑向着个性化、多样化的方向发展。

关键词：高层建筑；不规则结构；设计；应用

引言

经济的快速发展不仅提升了人们的生活水平，也给建筑行业带来了更多的要求和挑战，虽然对建筑业的发展有着重要的促进作用，但是也使其产生了许多问题。现代社会的建筑行业正逐步向着高层结构与个性设计的方向发展，其中建筑整体的不规则性体现最为明显，这对建筑结构性能的要求便直接提高了。因此需要对建筑结构的不规则性进行深入的研究和探讨。

1不规则建筑设计特点分析

1.1建筑竖向不规则的特点

在建筑不规则设计中，平面不规则是建筑不规则的一种类型，竖向不规则也是建筑不规则的一种表现类型，通常将竖向不规则类型的特点分为以下几点：（1）建筑的侧向刚度不规则，判断建筑是否为侧向刚度不规则的标准为侧向刚度值，如果某楼层的侧向刚度与上一楼层的侧向刚度值相比较小，并小于上一楼层的70%，并且水平向的收进尺寸比下一楼层的水平向收进尺寸大，且大于25%，那么可以将这一建筑判断为侧向刚度不规则；（2）竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递，为竖向不规则；（3）竖向不规则设计类型的判读标准为楼层的承载力，如果楼层的承载力发生变化，并且楼层间的抗侧力结构受到的剪力小于上一层的结构受到剪力的80%，那么可判断建筑为竖向不规则类型。

1.2平面不规则特点

在现代建筑中，平面不规则主要有3种表现形式：（1）楼板局部不规则。即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%，或有较大的楼层错层。（2）建筑外形凹凸不平，这种不规则类型主要表现为建筑某一结构面会向下或向内凹陷，且有具体的凹陷尺寸，如商场的设计。（3）扭转不规则。即在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。

2高层建筑结构设计不规则性的含义

高层建筑结构设计的不规则性，不仅仅是指建筑结构外部形态的不规则，还指具体的设计和施工中对建筑结构强度有影响的不规则因素，而这种不规则的因素主要包括竖向不规则性和平面不规则性。2.2我国在高层建筑中不规则建筑的基本发展现状社会经济促进了科学技术的不断进步，同时也使得人们的鉴赏能力不断提升，相应的加速了建筑行业中结构设计的改变。为了适应城市美观的要求和人们的居住感受，建筑行业不断的对建筑结构设计进行改变，坚持新颖个性的发展方向。独具匠心的不规则建筑已经成为目前城市建筑设计的主体趋势。但是，在具体的施工中，建筑结构设计为了确保建筑结构的安全稳定性，保证建筑的质量，必须进行全方位多角度的思考和研究，才能保障建筑使用中带给人们安全和舒适感受。

3高层建筑中不规则结构的主要表现类型

3.1平面不规则结构类型分析

在高层建筑结构设计中，平面不规则性主要包含了扭转不规则性，凹凸不规则性和楼板局部的不连续，所以，在进行不规则结构设计时，要从这三个方面进行思考：①平面质量的偏心情况。在高层建筑中采用不规则的截面尺寸的建筑结构时，极易发生建筑平面质量出现偏心的情况，同时建筑会在具体的施工过程中产生结构问题和使用问题等外在因素的作用下出现偶然性的偏心现象。在目前我国相关行业的规定中，对于建筑结构平面不规则的情况，要使用增加边界平面结构的防震作用的办法来降低和减小偶然偏心情况对建筑结构的影响。②平面刚度偏心情况。平面刚度主要包括平面外刚度和平面内刚度两种类型，平面内刚度主要是指同实际载荷作用的方向一致的刚度，平面外刚度则是指同实际载荷作用垂直方向的刚度。由于建筑构件会受载荷和模型的差异的影响，使得平面刚度出现不独一的现象。③平面轻度偏心的情况。在实际施工过程中使用的材料，例如钢筋，钢结构的构建以及混凝土等，都有可能造成平面强度偏心的现象，其主要原因是在具体的施工过程中，选择材料时具有不确定性，所以会出现建筑强度偏心的情况，而这一点正是施工人员和技术人们很难把控的环节。

3.2增加建筑抗侧刚度

高层建筑的不规则设计与实际施工不可避免地会出现一些差异，因此，在对高层建筑进行不规则设计时，需要提高建筑的抗侧刚度与抗扭刚度，根据工程概况适当增加剪力墙面积，从而提高建筑结构的稳定性，或通过增加剪力墙厚度的方式使建筑结构的稳定性得到有效保证。除此之外，距离建筑物刚度中心较远的剪力墙也是影响结构稳定性的重要因素，在进行高层建筑不规则性结构设计时，也要注意该监理墙设计的合理性。

3.3严格控制参数

①位移比。位移比也被称作层间位移比，指的是按刚性楼板假定计算楼层的最大层间位移（或水平位移）与该楼层两端平均层间位移（或水平位移）的比值，该参数能够有效控制高层建筑结构平面的不规则性。一般情况下规则结构的位移比应控制在1.2内，A级不规则结构高层建筑的位移比也不应超过1.5，B级及转换、连体、多塔等复杂高层则应控制在1.4内。通过应用SATWE软件输出考虑偶然偏心影响、单双向地震的位移比即可更好为不规则结构设计提供支持，工程实际必须在设计中得到重点体现。②周期比。周期比指的是第一自振周期（以结构扭转为主）Tt与第一自振周期（以平动为主）Tl的比值，该参数可有效控制结构扭转效应。在高层建筑不规则结构设计中，通过严格控制周期比，即可保证结构平动变形在结构扭转变形之上，地震作用下的主振动效应也能够由此得到较好控制，最终实现结构扭转破坏的预防。对于A级不规则结构的高层建筑来说，周期比应控制在0.9内，B级及转换、连体、多塔等复杂高层则应控制在0.85内，考虑到SATWE软件的限制，设计人员需基于各振型特征与计算结果进行判断，必要时需通过改进结构设计方案解决周期比不满足要求情况，如进行内部主体结构的弱化、对周边主体结构进行加强。③侧向刚度比。该指标指的是相邻楼层间侧向刚度的比值，通过该参数可有效控制高层建筑的结构竖向不规则。结合上文围绕侧向刚度不规则开展的论述，如出现侧向刚度比指标无法满足规范要求情况，即可初步确定高层建筑的竖向不规则结构存在薄弱层，其地震剪力需乘以1.25的增大系数。通过应用SATWE软件，即可实现侧向刚度比的自动计算、地震剪力的自动放大。

结语

总而言之，随着建筑行业的快速发展，高层建筑采用不规则结构设计的情况不断增加，使建筑在满足人们对基本功能需求的同时，提高建筑外观的美观性。在高层建筑的设计中，不规则结构的设计会对建筑造成一定的影响，为建筑工程带来经济性与安全性等多方面的问题。为了保证高层建筑的安全性，必须在不规则结构设计中采取合理的设计方案，提高不规则结构设计的稳定性，有效的提升高层建筑工程施工质量，促进建筑行业的发展。

参考文献

[1]姜海凤.关于高层建筑结构设计不规则性的研究和应[J].江西建材,2015(7).

[2]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).