平面不规则高层建筑结构设计要点探讨

平面不规则高层建筑结构设计要点探讨

王东辰  任杰

机械工业第六设计研究院有限公司    河南郑州 450000

摘要：随着高层建筑规模的扩大，社会对高层建筑的要求越来越高。而为了提高平面不规则高层建筑的稳定性，必须要重视高层建筑结构设计工作，做好建筑结构设计分析工作，提高设计方案价值，满足科学的建设需求，延长平面不规则高层建筑使用寿命。因此，本文以平面不规则高层建筑结构设计分析作为研究对象，通过对该类建筑结构设计特点的阐述，进而展开研究。

关键词：平面不规则；高层建筑；结构设计

0引言

近年来，社会经济发展迅速，城市建设规模日渐扩大，但是，受到场地、功能和建筑美观等高要求的限制，高层建筑结构体系变化逐渐复杂，各种造型纷纷呈现，特别是不规则高程建筑数量逐渐上升。而根据调查得知，相对应规则结构的建筑而言，不规则建筑结构极易在地震灾害下出现变形、坍塌现象，更容易被地震破坏。因此，为了保证不规则高层建筑的安全稳定，需要科学的设计其结构体系。

1.平面不规则高层建筑概述

高层建筑平面不规则性可以具体分为楼板局部不连续性、凹凸不规则性、扭转不规则性三种方式，在现阶段的高层建筑中，扭转不规则性建筑所占比重最大。按照2016年版《建筑抗震设计规范可知》，在建筑中主要存在3种类型平面不规则高层建筑：第一，在水平作用力下，楼层最大层间位移或弹性水平位移在楼层层间位移或两端弹性水平位移×1.2以上；第二，建筑平面内凹进尺寸在相应投影方向总尺寸的30%以上；第三，主要体现为刚度和楼板尺寸出现大幅度变化。

2.平面不规则高层建筑结构设计特点

第一，在进行高层简述结构设计时，水平力是其主要影响因素。通常情况下，多层建筑在进行结构设计时，需要首先考虑结构竖向荷载情况。根据资料发现，在竖向构件中，结构自重与楼面荷载导致的轴力和弯矩与建筑高度是正比关系[1]。但是，对于建筑结构而言，水平荷载所产生的影响仍然不同，其与建筑高度平方是正比关系。也就是说，建筑高度符合标准要求，竖向荷载就为定值，水平荷载会随结构动力逐渐发生变化。第二，建筑高度与其侧移有着密切联系，高层建筑使得结构侧移成为其结构设计的重点。此外，建筑高度的增加使得各种创新建筑结构体系、形式涌现，在使用一段时间后，侧移范围明显扩大。因此，在设计建筑结构时，需要考虑其抗推刚度。第三，在实际施工时，降低高层建筑自重是十分必要的，建筑重量与地震效应是正比关系，因此，降低自重有利于增强建筑结构的性能，对地震剪力的承载力也会缩小，地震倾覆力会降低。第四，在设计平面不规则高层建筑结构的时候，如果设计方式适用性不强，这种建筑的实用性就不高，必须要确保这种高层建筑的设计符合实际需求，根据具体的场地和环境要求设计整个建筑结构，选用适当材料

3.影响平面不规则高层建筑结构设计效果的因素

为了实现对平面不规则高层建筑结构的有效设计，则需要了解设计效果方面的影响因素。具体包括：第一，设计理念的影响。基于平面不规则高层建筑的结构设计，若设计理念更新不及时，且对创新理念运用不充分，就会影响这类建筑结构设计效果，制约设计水平的提升；第二，设计方式的影响。在对平面不规则高层建筑结构进行设计时，若所需的设计方式缺乏适用性，与这类建筑的实际情况不相符，将会对平面不规则高层建筑结构设计效果造成不同程度的影响；第三，设计人员综合素质、材料、环境因素等方面的影响。平面不规则高层建筑结构设计工作开展中，若设计人员的综合素质有待提高、材料选用不当、环境因素的影响考虑不充分，可能会降低这类建筑结构设计质量，并且设计效果方面缺乏保障，会加大平面不规则高层建筑结构设计问题的发生率。

4.高层建筑平面不规则结构设计问题

高层建筑平面不规则设计产生扭转效应的原因包括外来因素的干扰以及建筑本身的结构设计，外因因素的干扰，如地震波等因素的存在，导致地面的周期和相位不同，转动分量的存在就会使建筑结构产生扭转效应。建筑自身结构也会产生这种扭转效应，在一般的建筑结构中，通常是把建筑结构简化成一种平面的模型，这种分析方法并不是说不可以，不过是不太适合使用在不规则平面设计中，这是因为建筑平面不规则设计质量中心和刚度中心并重合。在高层建筑平面不规则设计中，控制扭转效应需要考虑到控制指标以及周期比等，周期的控制需要确保建筑结构具有足够强的抗扭刚度，位移比的控制则是反映结构的对称性以及质量刚度等。

5.平面不规则高层建筑结构设计要点

5.1平面质量偏心影响处理方面的设计

高层建筑荷载大、高度高，应用过程中会因平面质量偏心的影响而对结构稳定性产生潜在威胁，且这种影响的产生与高层建筑结构构件设计不够合理有着密切联系。因此，在平面不规则高层建筑结构设计中，为了保持良好的结构状况，则需要注重平面质量偏心影响的处理，落实好相应的结构设计工作予以应对。具体表现为：第一，提高边榀结构布置形式及刚度，提高边榀的利用效率，控制好相应的设计工作进行过程，从而减少平面质量偏心对高层建筑结构稳定性和抗震性能的影响；第二，设计人员应通过对平面不规则高层建筑结构性能可靠性要求的考虑，注重结构构件的合理选用及布置，并且在专业理论知识、丰富实践经验等要素的支持下，完成好这类高层建筑结构设计工作，实现对平面质量偏心影响的高效处理，为平面不规则高层建筑结构安全使用提供支持。

5.2改进扭转刚度和抗侧刚度

在高层建筑结构中，由于结构自振周期和扭转效应之间存在线性关系，出于预防建筑结构扭转效应和缩短结构自振周期的目的，可以合理调整结构抗扭刚度和抗侧刚度，提升抗扭刚度，同时将拉梁构件设置在建筑结构边缘部位，确保拉梁刚度符合要求，提高剪力墙厚度，这不仅能对扭转效应起到预防作用，还能够减少结构自振周期。

5.3提高抗扭性能

重视平面不规则高层建筑结构设计中抗扭性能的提高，并通过对凹凸位置楼板厚度与配筋率的有效控制，合理控制平面外圈框架梁及竖向构件的刚度，作到竖向构件的合理布置，满足这类高层建筑结构科学设计要求，促使最终得到的设计方案有着良好的应用价值。同时，为了降低高层建筑平面不规则结构薄弱层应用问题发生率，就需要通过对剪力墙的合理布置、抗侧刚度的加强、基于中震不屈服分析的计算等方面综合考虑，提高结构薄弱层方面的设计刚度及强度，避免在高层建筑实践中处于不安全的应用状态。

5.4提升结构抗剪力

当建筑所处区域发生泥石流或地震等自然灾害时，会有振动作用力施加在建筑结构上，容易产生结构偏心，将严重影响结构安全性。所以，在设计高层建筑结构的过程中，可采取适宜的措施，优化高层建筑结构整体弹性,使建筑结构拥有更大的抗剪力，以保证建筑结构水平面在一定程度上免受振动能量的影响。

6.结束语

综上所述，现代城市发展中，为满足一些造型或是特定功能需求，建筑结构出现水平或竖向布置不规则的情况。不规则建筑结构特殊，存在抗震不利的问题，必须规范、科学地进行结构布置设计与计算分析，并采取相应的优化措施，进一步保证不规则高层建筑的安全性，满足抗震性能目标要求，推动我国建筑行业健康稳定的发展。

参考文献

[1]王鑫.平面不规则高层建筑结构设计要点分析[J].四川水泥,2023(07):97-99.

[2]招云杰.不规则高层建筑结构设计要点分析[J].工程建设与设计,2021(20):4-6.

[3]胡昌德.平面不规则高层建筑结构设计分析[J].绿色环保建材,2020(08):72-73.

[4]胡长青.平面不规则高层建筑结构设计分析[J].工程建设与设计,2019(13):12-14.

[5]王佳栋.平面不规则高层建筑结构设计分析[J].智能城市,2019,5(09):28-29.

[6]陈新军.平面不规则高层建筑结构设计分析[J].中国新技术新产品,2014(19):117-118.

[7]林其双.建筑结构设计中提高建筑安全性的策略分析[J].散装水泥，2020（2）：2.