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高层建筑不规则结构设计研究谢云勇

发表时间：2020/9/3 来源：《基层建设》2020年第11期作者：谢云勇

[导读] 摘要：伴随着城市的发展进程，高层建筑物越来越多，高层建筑结构设计问题受到重视。

        河北英科石化工程有限公司天津分公司天津 300400
        摘要：伴随着城市的发展进程，高层建筑物越来越多，高层建筑结构设计问题受到重视。高层建筑将大部分建筑空间延伸到了上层，从而大大节省了土地资源，但同时其对结构设计的难度也更高。特别是现代有很多高层建筑都采用了不规则结构，其一方面可以更好的满足人们的视觉需求，另一方面可以解决很多现实问题，但高层建筑不规则结构设计难度却较大。本文主要对高层建筑不规则结构设计进行了研究。
        关键词：高层建筑；不规则结构设计；研究
        引言
        对高层建筑结构进行标准化设计，设计人员需要秉持质量为先、发展为重的设计理念，要进一步将提高建筑稳定性当作设计的出发点。针对高层建筑常见的不规则结构形式，设计人员更要理性分析，认真对待，并结合实际的设计经验，丰富设计方法，重视设计细节，形成完整、精准的不规则结构设计方案。
        1常见的不规则结构类型分析
        1.1竖向不规则结构
        ①楼层层间受剪承载力突变结构：某一个楼层结构的抗侧力结构受剪承载力呈现从下到上依次递减的原则，每一层比其上一楼层减少大约百分之八十。②侧向刚度不规则结构：该类竖向不规则结构可以细分为两类情况，第一类情况就是结构楼层的侧向刚度比其相邻上一层的减少大约百分之七十，或者比相邻的上部三个楼层侧向刚度平均值减少大约百分之八十；另一类情况就是除顶层以外的其他楼层的局部收进水平向尺寸比其相邻下一层超出百分之二十五。③层间质量剧变结构：在某个结构中，楼层质量大于相邻下部楼层质量的1.5倍，那么此类结构称为层间质量剧变结构。④结构竖向抗侧力构件不连续。竖向抗侧力构件不连续指竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架）向下传递。如部分框支剪力墙结构。
        1.2平面内的不规则结构
        平面内不规则结构设计有几种典型体现方式，①扭转不规则高层建筑结构。这类建筑体是指建筑每层自身的最大弹性水平位移大于楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍。其进行判断的标准是单向偶然偏心地震作用下的位移比大于1.2倍。②凹凸不规则高层建筑结构，这类建筑体通常指是指平面太过狭窄、太长，凹进去太多，凸出来的又太细等。凹凸不规则高层建筑结构判断标准是，③楼板局部不连续，即楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。
        1.3超规范结构
        以最大高度为基准，当建筑实际高度超出该范围时，则可视为超高结构。关于超规范结构，即建筑超出了规范的限值或尚未满足当前行业内的规范条文，此时无论平面或立面布置是否合理，均需将其视为不规则结构。
        2高层建筑不规则结构设计的策略
        2.1充分利用地面空间实现平衡
        在进行高层建筑的不规则结构设计的时候，重点需要考虑其稳定性与平衡性。因此，需要科学、合理的利用建筑区域的地面空间，可以使得建筑物在地面上保持最佳的平衡和稳定，这样就算进行了一些列不规则的建筑设计，建筑物也是非常稳定的，不会出现偏心的现象，建筑物更加安全与可靠，因此，充分利用地面的区域面积和空间在建筑设计中占据着十分重要的位置。
        2.2增加建筑抗侧刚度
        在高层建筑结构设计工作当中，由于不规则设计理念的特殊性，在实际的施工和设计工作之间经常会存在一定的差异，所以在对高层建筑结构进行一些不规则设计工作当中，其中必须要充分注意建筑整体的刚性程度以及整个结构的抗扭转程度，依照整个建筑结构的施工情况，对建筑的剪力墙面积进行测量基于剪力墙面积的大小，对整个承重墙的结构进行设计，以此来保证整个建筑不规则结构的安全性。

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其中相关设计工作人员可以通过提高剪力墙的设计厚度的方式来，保证整个不规则结构区域的稳定性。除此之外，在距离建筑体刚性中心距离较大的剪力墙结构，也会直接影响到整个建筑结构的安全性。因此，在进行不规则结构的设计工作当中，相关工作人员必须要对整个剪力墙刚度大小来进行有效的设计。
        2.3有效减少建筑物结构偏心距离
        在此前研究人员的实验中，偏心距对抗震的影响进一步得到证明，总体来看，理想状态下的建筑扭转效应与相对偏心距呈线性关系，改善建筑的扭转效应可以提升对楼层位移的控制能力，降低地震时的瞬时破坏作用。减小结构偏心率，可以调整建筑外观的平面布置，改变结构构件特性，调整原则为刚心和结构质心尽量接近，从而改善建筑的扭转效应。这就要求设计人员了解建筑所在地区地震发生的情况和破坏水平，再计算建筑刚心和质心的偏心距，以保证承重结构性能为前提条件，酌情增加质心较远的剪力墙，减少质心较近的剪力墙、且尽量对称布置，从而保证较小的偏心以及较大的抗扭性能。
        2.4加强结构抗震设计
        抗震措施是对不同程度地震危害进行的经验教训总结，也是广大专家学者针对抗震设计给出的概括，是对结构抗震计算结果进行的补充，特别是严重与特别不规则，因其结构体系十分复杂，难以符合软件基本技术条件及假定，所得解析结果实际上并不准确，容易产生较大的计算误差，与工程实际情况远远不相符。基于此，抗震设计极为重要，必须引起相关设计人员的高度重视，采取合理可行的抗震措施。在这种情况下，很多规范都对抗震构造措施采用强制性条文予以书写，这对设计人员而言，不论是否掌握了这些强制性条文，都必须严格遵照和执行。
        2.5提升建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力
        因为属于高层建筑，随时会面临着各式各样的自然灾害，因此，在初步进行规划设计的时候，需要考虑到抗震等特殊运用。一般情况下，在进行不规则结构设计的时候，首先需要了解相关的建筑的抗震规范要求，然后根据建筑物的实际情况进行科学、合理的调整，其主要的目的是提升高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力，从而可以促进抗剪强度的提高，该类方式可以有效提升在外力作用较大的情况下，高层建筑的抗剪能力，从而避免外在建筑的破坏和损失。
        3针对建筑结构不规则的解决办法
        不规则结构的设计建设中，建筑质量受到内部构造以及功能需求等方面影响，各结构难以形成统一整体，而解决不规则设计的主要思路，就是解决荷载作用下，应力集中的问题。因为困扰不规则设计的主要因素，就是在外荷载作用下，不规则结构容易出现应力集。可以让建筑不规则结构的各部分构件，形成一个整体，实现稳定连接，避免这一问题。那么就要对建筑的体型做出适当调整，做到在不规则设计情况下，尽量保证结构规则，另外是在应力集中的位置，材料应用要适当增加。设计人员，要结合工程的构造，对涉及到的各方面展开规划设计，解决应力相对集中的问题，建筑结构保持稳定和可靠。
        结语
        高层建筑已经成为当前主要的建筑形式，高层建筑的设计工作较为复杂，需要设计人员具有较高的结构意识和质量意识，尤其针对不规则结构，在进行设计时，更要精准掌握设计细节，把握设计要点。在具体设计时，应针对实际的工程案例进行不规则结构的分析，找出需要进行不规则设计的部位，有针对性的开展设计工作，确保高层建筑不规则结构的竖向、横向结构稳固，同时也要彰显出良好的抗震性能，不断提升高层建筑整体效益。
        参考文献
        [1]周江,沈倩.高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].工程技术研究,2019(4):195～196.
        [2]巫仕斌.建筑结构设计不规则性的研究与应用关键要点[J].住宅与房地产,2019(3):23.
        [3]安利军.浅谈高层建筑结构设计不规则性的应用[J].建材与装饰,2019(1):131～132.
        [4]李祖维.高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].建材与装饰,2018(20):134.