李发山
山东建业工程科技有限公司 山东省临沂市 276000
摘要：现阶段，在我国建筑行业发展中，为满足高层建筑的多样化与个性化设计需求，不规则性设计模式在高层建筑结构设计领域得到了广泛应用，明显提升了建筑使用性能与外观美感。但同时，不规则建筑结构设计难度较大，如何更好地理解与运用不规则性设计方法是困扰建筑设计师的一个重要问题。
关键词：不规则高层建筑；结构设计；抗震超限
引言
面对着地震灾害所造成的巨大损失，不规则建筑的抗震性为越来越多的人所关注。为减小地震灾害，国家在建筑工程的相关规定中明确要求，不规则建筑设计过程中，务必根据抗震设防烈度进行相关设计。为保证遇到地震灾害时，建筑物不会因为抗震设防不到位，而导致意外损失。
1.不规则建筑设计在建筑抗震设计中的重要作用
1.1建筑体型对抗震性能的影响
建筑设计的主要内容包括建筑的立体空间形状设计和平面形状设计。首先应避免平面不规则和竖向刚度不规则。根据国内多次地震的实际情况，尤其是“6.17”长宁地震中排危时所出现的震害表明，如果平面设计十分复杂，包括凹凸不平的形状、侧翼过多伸悬和不对称侧翼的布置时，都很容易在地震发生时受到严重的破坏。而平面形状相对规则、外立面简单的建筑，在地震发生时，遭受破坏的程度往往会大大降低。同理，建筑物沿着自身高度方向上的立体空间设计越复杂，形状越不规则，建筑越容易被破坏。在“6.17”长宁地震后的调查中发现，受损程度严重的乡村居民建筑，往往采取了混杂结构（承重体系以砖混为主，局部采用钢筋混凝土柱架空或挑空两层）。这部分不规则建筑在遇到地震作用时建筑结构整体刚度不均、受力不均匀，整个不规则建筑物更容易被破坏，甚至可能会直接出现崩塌的现象。
1.2 不规则建筑设计中优化功能布局的必要性
不规则建筑平面布置是建筑设计中一个非常重要的环节。平面布置方式会直接反映出建筑物的整体使用能力和需求功能。在进行不规则建筑平面设计时，作为各种功能需求的承载平台，应对建构筑物的功能拓展有一定的预见性，对柱网的选择、开间进深的控制，甚至主要墙体的布置、交通流线的组织均应根据使用者的整体情况进行综合分析，为使用人员或单位留有余地，以便后期功能改造和拓展。
2.不规则高层建筑结构设计要点
2.1 减少不规则结构偏心距
根据实际设计与建筑使用情况来看，高层建筑结构偏心距以及扭转效应二者呈现为线性函数关系，对建筑结构偏心距的调整可以改变建筑主体结构扭转效应。因此，在建筑结构设计阶段，设计人员应提前对建筑结构进行重复计算，有效协调建筑平面结构与空间分布情况，在保证建筑结构安全与满足实际使用需求的前提下，掌握建筑结构刚度分布情况，准确计算建筑结构的最佳相对偏心距，合理调整结构抗侧力，以此来预防扭转效应出现。
2.2做好施工阶段的防火设计
不规则高层建筑的结构相对复杂，因此在不规则建筑的设计阶段尤其要注意建筑的防火问题。首先，要在设计环节中加强对施工图纸的复查和责任划定与倒查机制的建立，保证施工设计与相关的消防制度要求相一致。同时，作为消防安保部门还要做好不规则高层建筑消防施工的验收和审核，重点审核内容要遵照相关的消防制度展开，对于开发商以及施工个人的篡改消防施工设计内容的行为进行严厉惩处。此外，在不规则建筑材料的选择上加强重视，如采用的隔离墙应具备加强的防火性能，进而提升不规则建筑的整体防火性能，当火灾发生时，不会导致建筑内的人员因过于慌乱，错失逃生的机会。
同时在逃离通道电梯设置也要把控整体的安全性，确保人员的顺利逃生。
2.3消防电梯的设计
能够在火灾发生时，对火灾的火源进行扑灭，降低火势，延缓火灾蔓延速度，减少人员损伤的主要力量是消防队伍。所以消防队伍集合并到达火灾现场的速度就显得尤为重要。不规则高层建筑的主要特点是整体建筑的高度较高，若只依靠步梯攀爬的方式进行火灾救援显然会错失救火的最佳时间。因此，设计并投用专业的消防电梯是十分必要的，其在一定程度上能提升救火的整体效率。在设计此类电梯时，应注意在电梯井壁的材料应用上，保持机房的隔墙耐火程度应不少于两小时，并在井道的顶端设置排烟系统[5]。
2.4不规则建筑设计中优化功能布局的必要性
不规则建筑平面布置是建筑设计中一个非常重要的环节。平面布置方式会直接反映出建筑物的整体使用能力和需求功能。在进行建筑平面设计时，作为各种功能需求的承载平台，应对不规则建构筑物的功能拓展有一定的预见性，对柱网的选择、开间进深的控制，甚至主要墙体的布置、交通流线的组织均应根据使用者的整体情况进行综合分析，为使用人员或单位留有余地，以便后期功能改造和拓展。通过调查发现，建筑后期为满足功能需求而扩建的项目，地震时出现破坏的情况十分明显，究其主要原因有：（1）新旧建筑结构体系不一，导致地震作用时变形协调能力差，容易拉裂；（2）不规则建筑平面上的外围填充墙、内隔墙以及非承重的内隔墙构造上不统一，工艺条件有别，新老墙体抗剪能力差异明显，亦容易出现结构性破坏；（3）改建建筑往往追求高大和共享空间，容易导致不规则建筑整体改造后出现不对称、不均匀的现象。建筑物的整体刚度和质量在平面布置上不均匀，会使得其在地震作用时产生扭转效益，导致受损情况；（4）建筑物在进行改扩建时，由于项目投资受限或原始资料确失，无法对结构的安全性问题进行全面排查，导致不规则建筑整体性能差，地震特征值计算时，应考虑桩侧湿陷性土层的负摩阻力引起的下拉荷载，并在桩基施工前，在场地内进行试桩，并通过静载试验，测得单根桩的竖向抗压承载力极限值，待测得的单桩承载力满足设计要求时，方可大面积施工。
2.5合理选择假定计算条件及方法
在工程设计阶段，设计师往往选择将楼板在平面内刚度无限大与不变形作为假定条件。这一假定条件仅适用于多数高层建筑，而在部分高层建筑工程中，若楼板部位存在开洞或是出现楼板变形现象，则上述刚性楼板假定条件不具备适用性，如果仍采取原有计算条件与方法，将出现参数计算错误问题，并降低建筑结构设计方案的可行性。因此，设计人员应结合工程情况，合理选择假定计算条件与计算方法。例如，当存在楼板变形现象时，要着重考虑楼板变形问题所造成的具体影响，采取楼板等效受弯水平梁简化计算方法，或对楼板划分单元进行处理，运用有限元法加以计算。同时，当楼板部位存在凹入或是开洞质量缺陷情况时，会对楼板性能起到削弱作用，需在结构设计方案中采取相应措施，如将楼板开洞面积控制在楼面总面积的 30%以下，将楼板各方向最小静宽度控制在5m及以上。
结束语
综上所述，为满足现代高层建筑工程的结构设计需求，要加强建筑结构设计体系的规范性与标准性。在高层建筑结构设计阶段，设计人员要深入了解与研究建筑结构不规则性设计方法，掌握不规则设计技巧，有效应对与解决设计期间面临的各项问题，以及早构建完善的不规则建筑结构设计体系。
参考文献：
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