叶玲
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黑龙江省哈尔滨市 150000
摘要：凹凸不规则平面高层建筑扭转效应明显，建筑结构扭转反应是地震灾害的主要因素之一。基于充分利用地形、获取良好的采光与通风、设计共享大厅等建筑功能最大化的目的，我国大量高层住宅平面采用凹凸不规则平面，也称多头形凹凸平面。本文对此类平面高层建筑结构设计超限判断、参数调控、加强措施等进行研究、探讨。
关键词：凹凸不规则；超限高层；结构设计
随着城市化进程的不断推进，我国城市土地资源紧缺问题正日益严峻，在此背景下，城市中的建筑正越来越多的趋向高层建筑发展。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凹凸不规则结构，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，但高层建筑凹凸不规则结构设计难度却较大。本文主要对高层建筑凹凸不规则结构设计进行了研究。
1平面不规则结构
平面不规则结构可以分为三种类型，分别是：平面不规则扭转结构、楼板缺乏连续性的结构以及楼板凹凸不规则结构。首先来说平面不规则扭转结构：平面不规则扭转结构是指立足于每层楼房结构的两端存在的弹性水平位移量进行判断，如果楼层水平位移量为平均值的1.2倍或者是以上，则楼层结构便会出现不规则扭转的情况。其次来说楼板缺乏连续性的结构：楼板缺乏连续性的结构是指楼板结构缺乏连续性，其主要原因在于楼板面积、建筑结构平面发生剧烈变化。最后来说楼板凹凸不规则结构：楼板凹凸不规则结构是指在结构投影尺寸上，若平面凹进面积超过30%，则为凹凸不规则。
2高层建筑不规则结构设计的意义
当今时代，在城市化建设进程不断加快、建筑行业迅速发展的同时，人们的生活水平、生活质量得到了显著提高，在此背景下，也对建筑设计表现出了多样化、个性化的需求，这无疑给建筑设计工作带来了更大的难度。现代建筑设计不仅要确保建筑的安全性，还要提高建筑的美观度及注重建筑的节能性。基于这样的原因，在高层建筑结构设计过程中，应当要先对建筑本身的结构、用料、框架等问题进行全面了解和深入分析，同时还要充分考虑到当地的地理条件、周围环境等因素，这样才能够设计出兼具舒适性、安全性、实用性以及美观性的高层建筑。现代社会是一个个性张扬的社会，人们更加希望能够生活和工作在一个特色化的、个性化的建筑物之中，因此，在高层建筑结构设计中越来越多的采用了不规则结构设计。不规则结构设计既可以提高高层建筑外形的美观性与个性化，又能够解决自然条件、建筑空间、工程造价等相关因素的矛盾。但与此同时，其这也给建筑设计、施工等工作提出了更高的要求、带来了更大的难度。面对这样的情况，有必要进一步加强对高层建筑不规则结构设计的研究，尽快找到更加有效的设计方法和技巧来提高高层建筑不规则结构设计水平；同时还要加强对各种新技术、新理念的应用，最大限度地减少不规则结构给高层建筑造成的负面影响，以为建筑施工工作提供科学的指导，切实保证高层建筑的美观性与建设质量。
3凹凸不规则平面高层建筑结构设计
3.1多头形凹凸平面不规则与超限高层判定
多头形凹凸平面建筑，平面尺寸通常出现表1中2a、2b中1种或2种的情形，属于平面不规则；因其平面特点导致结构扭转效应明显，质心偏心距较大。建筑平面规则性判定依据《高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010》、《建筑抗震设计规范（2016年版）：GB50011-2010》、《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》、《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》进行；高层建筑当具有表1中3项及以上的情况，属于超限高层建筑工程；同时具有表1中1项和表2中1项，或表2中2项的情况，均属于超限高层建筑工程。超限高层建筑工程需要进行超限高层建筑工程的抗震设防专项审查。而对处于“超限高层建筑工程实施抗震设防专项审查”的边界情况，即多头形凹凸平面A级高度住宅建筑而言，扭转效应明显。研究、探讨其结构抗震设计的关键参数尤为重要。
3.2多头形凹凸平面建筑结构设计与分析
平面不规则的多头形凹凸平面建筑在水平风荷载或地震荷载作用下，因其形状的特殊性扭转现象明显。在其结构设计中应考虑偶然偏心、双向地震扭转效应、重力二阶效应、扭转耦联。多头形凹凸不规则平面建筑结构设计中重点关注的参数主要有位移比、周期比、剪重比、刚重比，分别讨论如下：
3.2.1位移比
位移比是指弹性最大水平位移与层间位移平均值比值，对于多头形凹凸平面建筑，位移比是超限指标的敏感参数。多头形凹凸平面建筑在地震作用下各楼层产生了扭转，导致出现以下3种现象：
⑴边端抗侧力构件位移增大至△max。控制边端抗侧力构件位移的理论方法，是通过控制位移比来实现的，也就是控制位移幅度。如位移比不大于1.2，也就是控制最小位移与平均位移的比不小于0.8。公式如下：
建筑结构设计中，考虑扭转的不利影响，控制边端抗侧力构件位移的常见有效的措施是加大外周边角部墙柱的刚度、加大外周边角部框架梁的高度；在结构计算时，考虑扭转的耦联影响，转角梁的负弯矩调幅系数、扭矩折减系数均应取1.0，并加大配筋。
⑵楼层竖向构件截面内产生附加扭矩，通过考虑扭矩作用时竖向构件抗震承载力验算来实现。建筑结构设计中，对扭矩较大的边柱、角柱采取适当加大配筋、加密箍筋等加强措施来实现。
⑶楼板面内应力加大，尤其是平面图中部细腰位置楼板内产生较大的面应力。楼板面内应力增大的问题，规范没有明确规定；建筑结构设计中往往是通过楼板内应力分析进行局部加强处理；如对应力较大细腰处楼板、顶层楼板等位置采取加大厚度、提高配筋量的措施。
3.2.2周期比
周期比即平动为主的第1周期T1与扭转周期Tt的比值，要求不应大于0.9需要控制，是超限指标；多头形凹凸平面建筑通常平动为主的第1周期T1与第二周期T2数值接近；结构设计中控制周期比应取自振周期长者为T1，计算周期比。
3.2.3剪重比
剪重比，结构的剪重比是指任一层水平地震作用标准值的剪力，与其上各层重力荷载代表值之和的比值；下部楼层剪重比是超限指标的敏感区间，以规定其限值的方式来保证结构的抗震安全。大量设计实践表明，对于Ⅰ、Ⅱ类场地往往底层剪重比不能满足限值要求。多头形凹凸平面建筑结构存在同样的情形，下部楼层剪重比是敏感指标。在结构设计中主要通过放大楼层地震剪力和调整周期折减系数（即在规范规定范围内取小值）的方法，使底层剪重比控制在限值之内。
3.2.4刚重比
为了避免出现剪重比小于0.02时，位移、周期等参数均满足规范要求，而刚重比不满足要求的情形。多头形凹凸不规则平面建筑结构刚重比通常大于1.4，能够满足规范要求；当刚重比大于1.4、且小于2.7时，结构计算中竖向受力构件应考虑重力二阶效应。
4结语
综上所述，高层建筑是现代建筑的主要趋势，而在高层建筑设计中，不可避免地会应用到许多凹凸不规则平面，这也是其设计中的一大难点。凹凸不规则平面结构设计既可以提高高层建筑外形的美观性与个性化，又能够解决自然条件、建筑空间、工程造价等相关因素的矛盾，降低扭转效应的效果明显。。
参考文献
［1］高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.
［2］建筑抗震设计规范（2016年版）：GB50011-2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2016.
［3］住房和城乡建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点［Z］，2015.
［4］广东省住房和城乡建设厅.广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则：粤建市［2016］20号［Z］，2016.
［5］殷鹏程.上海黄浦区某超限高层结构设计［J］.低温建筑技术，2014，36（4）：110-112.