基于平面不规则结构抗震设计研究

基于平面不规则结构抗震设计研究

孙引飞

南京金宸建筑设计有限公司 江苏 南京 210000

摘要：平面不规则结构是近年来新兴的建筑结构形式，与传统对称型建筑不同，一旦受到地震作用力的影响，其结构会出现相应变化，影响到整体建筑结构的强度及刚度，在一定程度上威胁着广大住户的人身安全。想要全面提升平面不规则结构的抗震性能，应明确结构界定概念，结合实际情况对其开展针对性的抗震设计工作，提高整体建筑结构的安全性。对此，文章就平面不规则结构的抗震设计进行了分析、探讨，以供参考。

关键词：平面不规则结构；抗震设计；应用分析

前言：

在建筑行业飞速发展的背景下，建筑工程逐渐趋向多样化发展，结构形式愈发丰富，为了顺应时代发展、满足人们对建筑工程美观性的追求，现阶段平面不规则结构越来越多。然而，在设计阶段要充分考虑其抗震性能，综合分析水平、竖向地震作用力对平面不规则结构造成的影响，针对其扭转振动等问题采取有效的设计方式进行改善，优化其抗震等级，避免结构坍塌等现象，全面提升整体建筑结构的稳固性和安全性。

一、平面不规则结构的定义分析

（一）凹凸不规则结构

在建筑工程平面结构中如若一侧凹进尺寸过多，且超过了对应投影方向总尺寸的30%以上，那么则可判定为凹凸不规则结构；另一方面，当建筑结构平面太过狭长，且平面狭长尺寸在相应投影方向的5以上时也可将其归类为凹凸不规则结构。

（二）扭转不规则结构

在对建筑结构进行模拟计算后，如若单向偶然偏心地震作用下的位移比在1.2以上，那么该平面建筑结构则为扭转不规则结构；对于A类高层建筑结构而言，其单向偶然偏心地震作用下的位移比在1.5以上时则属于扭转特别不规则结构；针对B类高层建筑的混合结构来说，其单向偶然偏心地震作用下的位移比超过1.4以上时则同为扭转特别不规则结构。

（三）楼板局部不连续结构

当楼板尺寸和平面刚度产生较大变化且楼板局部宽度超过了既定楼板有效宽度的50%以上时，则为楼板局部不连续结构，其也属于凹凸不规则结构。另外，如若楼板上的开洞面积超过了楼板总面积的30%以上也应判定为不连接结构^[1]。

二、平面不规则结构抗震设计的基本原则

（一）结构合理性原则

结构合理性原则是建筑工程设计的首要原则，在设计过程中只有保证结构设计的合理性才能提高建筑结构的性能指标，增强其结构稳定性。针对平面不规则结构的设计工作而言，不应只关注结构的抗震设计，还应秉着合理性原则优化结构的性能设计。设计师要综合分析多项因素，明确平面不规则结构的平衡设计，尽可能提高结构设计的合理性和科学性，采取有效的优化方式降低建筑结构的侧拉力，提升整体建筑结构的稳固性。

（二）整体协调性原则

相较于普通对称型结构而言，平面不规则建筑结构的抗震能力相对较弱，其存在一定缺陷，所以在设计阶段要充分考虑建筑结构的整体性，遵循整体协调性原则开展针对性的细节设计，提高平面不规则建筑结构整体的协调性，避免局部抗震性能良好、其他结构性能薄弱等问题，确保建筑结构在地震作用力的影响不会遭受损坏。设计师在明确整体协调性设计要求的基础上，要结合实际情况、依照平面不规则建筑的构造特点确定整体建筑结构的稳定指标，然后将抗震设计技术融入到整体结构设计中，进一步提高建筑结构的抗震能力。

（三）竖向均匀原则

鉴于平面不规则结构的特殊性，竖向设计一旦出现失误，那么在地震发生时其水平方向承受的作用力便会瞬间增大，建筑结构也会因作用力不均衡而发生变形、造成结构扭曲现象，进而会损坏建筑结构。加之平面不规则结构本身具有扭转变形等特性，所以，为了改善这一问题，在设计过程中应依照竖向均匀的原则合理规划建筑竖向及水平结构的承载性能，加强受力薄弱部位的深化设计，保证抗震设计的全面性，全面提高建筑结构的刚度和承载力，严格控制刚度中心同质量中心的差异，确保其偏差值在最小范围内，切实保障平面不规则结构的整体设计质量。

三、基于平面不规则结构抗震设计的具体措施

（一）选用合适的结构基础

建筑结构基础的稳固性是保证整体建筑工程安全的核心，其是否能与上部结构有效连接是提高整体建筑结构抗震性能的关键。在对平面不规则结构开展抗震设计工作时，还需综合分析整体结构性能，选用合适的结构基础，满足平面不规则结构抗震的设计要求。就离散剪力墙结构而言，其长度及宽度的刚度指标并不一致，在设计过程中，设计师可在考虑这一特殊性的基础上选用由基础底板同盖板组合而成的刚性箱式板式基础，以此满足其不同部位的设计需求^[2]。如若建筑结构有独立的基础构件，那么在对基础进行设计时可选用基础底板或基础系梁，将其设计、安装在两个主方向构件之间，进而保证基础设计的合理性。

（二）四周增设剪力墙

据了解，当发生地震时，建筑结构的质量位置和震动空间会产生一定变化，且这些变化存在不确定性，无法准确判断其变化形式或程度，所以就建筑角柱结构而言很容易因地震而损坏。这主要是由于建筑结构的质量中心和刚度中心无法完全重合，其存在移动偏心性，在地震作用力的影响下会导致结构发生扭转现象。基于这一问题，设计师在设计过程中可在抗震结构的四周增设剪力墙结构，这样不仅可以提高结构的抗扭转能力和刚度性能，还能增强结构强度，降低因地震产生的不良现象。

（三）加强中心支撑和偏心支撑结构

为了提高平面不规则结构的抗震能力，设计师应加强中心支撑及偏心支撑结构的有效应用，借助双重抗侧力体系有框架提高建筑结构的抗侧刚度，减少非结构构件在地震作用中的损坏。在结构弹性设计阶段，可考虑偏心支撑钢筋混凝土框架的合理应用，其抗侧刚度强，可利用支撑结构和耗能段梁的变形能力有效把控结构的非弹性变形问题，以此控制循环荷载作用下的非弹性性能，增强结构对地震破坏能量的吸收和消耗功能，进而维持建筑结构的牢固性。

（四）有效融入消能减震设计

在我国科技水平不断提高的背景下，各项先进技术被广泛应用与建筑工程设计、施工中，在对平面不规则结构进行设计时，设计师要加强现代化设计理念，有效融入消能减震设计技术，在对其进行综合分析、合理规划后将一定数量的消能减震设备（如图1）安装至建筑结构中，利用消能减震设备提高平面不规则结构体系的尼系数，提升其抗震性能。对处于强震区的平面不规则结构而言，还可安装具有弹塑性能的消能减震装置，以此消耗地震产生的作用力，降低地震的破坏性。

图1.消能减震设备示意图

消能减震设备同以往结构加固技术不同，其可在保持原有建筑结构正常使用功能及外观的前提下实现无湿操作，不仅能提高施工效率、节省施工成本，还能大幅度增强建筑结构的抗震能力，满足不同建筑结构对不同地震防护等级的需求，其实用性及适应性较强，具有良好的经济性，有利于建设企业控制成本造价^[3]。而常见的消能减震设备有：摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器、屈服阻尼器及粘性流体阻尼器等，设计师需根据平面不规则结构的实际情况及抗震设计的要求选择合适的消能减震设备，提高设备的适应性，充分发挥其消能减震的作用。

四、平面不规则结构抗震设计的优化策略

（一）基于结构扭转反应的控制

降低整体建筑结构的位移比和周期比是控制平面不规则结构扭转反应的主要目标。在具体优化设计过程中，设计师要明确此环节的设计要点，为了将结构位移比控制在1.4以下、周期比把控在0.85以内，其需要对结构平面的各个部位进行详细分析，采取科学有效的计算方式掌握各部位的强弱性能的实际参数，参考整体建筑的刚度指标对平面结构的质量和刚度进行合理规划，以补弱、削强等方式对各部位进行均匀化调整，以此维持整体平面结构的平衡度、降低偏心率。

在有效控制偏心率的基础上，要对结构楼面的内外圈刚度比例进行调节，提高建筑结构的抗扭能力。设计师要根据结构的实际情况选择具体的调节方式，如若平面不规则结构的抗侧刚度不足但位移角参数在规范要求内，那么设计师应考虑增强外圈刚度；如果结构抗侧力刚度足够，而位移角低于标准指标则需要削弱结构的内筒刚度，由此维持整体结构刚度的平衡性，达到优化设计的要求^[4]。

（二）合理调整楼面凹凸不规则、楼板不连续的结构设计

对于楼面凹凸不规则、楼板不连续的建筑结构而言，设计师可采取合、分调整法对其进行优化设计，由此提高结构的抗震性能。

合法主要是在结构设计中增设拉板、阳台板、空调设备平台板等楼板结构来增强建筑结构的抗震性能，实现平面不规则结构的抗震优化设计。分法则需要设计师设置抗震缝，通过综合分析将建筑结构划分为多个子结构，在保持各子结构相对规则、对称的基础上对其进行细节设计，增强各子结构的抗震性能，并在建筑结构中增设多道抗震防线，进而达到平面不规则结构的抗震设计目标，提升整体结构的性能指标。

五、结束语：

建筑结构的抗震设计一直都是设计阶段的重要内容。为了降低地震灾害的负面影响、保障广大群众的生命安全，在建筑结构设计阶段应加强现代化设计理念，增强建筑结构的抗震设计意识，提高建筑结构抗震设计的质量。在对平面不规则结构进行设计时，设计师要充分认识到抗震设计的重要性，根据不规则结构的特点全面掌握其抗震设计的关键点，结合实际情况开展精细化的设计工作，保证整体平面不规则结构布局的合理性及协调性，进一步提升其抗震性能，为建筑企业稳定发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]李晶晶.平面不规则结构抗震设计策略探究[J].安徽建筑,2021,28(02):69+71.

[2]黄彬辉.建筑平面不规则结构的动力特性与分析方法[J].建筑科技，2019,3（06）：15-18+25.

[3]陈杰成.基于平面不规则结构抗震设计研究[J].建材与装饰,2018(15):57-58.

[4]刘伟.建筑抗震设计中结构平面不规则的内容经验谈[J].住宅与房地产，2018（03）：93.