高層建筑結構設計的不規則性研究

王磊

摘 要：高層建筑結構設計的不規則性為建筑施工帶來了一定的困難，進而影響了設計的合理性。基于這種認識，對高層建筑結構設計的不規則種類進行了分析，并探討了設計中需要注意的問題，從而為關注這一話題的人們提供一些參考。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；偏心距；結構受力

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.130

受到建筑環境、施工條件和經費等多種因素的影響，設計師在設計建筑結構時，不得不改變建筑結構的設計，進而使高層建筑結構出現了不規則的現象。為了保證建筑施工的安全性，設計者需要記錄結構的不規則位置，并修改建筑設計方案，以保證設計的合理性。所以，對于高層建筑的設計者來說，只有了解高層建筑結構設計不規則性的種類，進而注意設計相關問題，才能更好地完成高層建筑結構設計工作。

1 結構設計不規則性的種類研究

從結構類型上來看，建筑結構設計不規則性種類主要分為平面不規則類型和豎向不規則類型，如表1所示。其中，平面不規則類型包含扭轉不規則、凹凸不規則和樓板局部不連續等結構類型；而豎向不規則類型則包括了側向剛度不規則、豎向抗側力構件不規則和樓層承載力突變等結構類型。

1.1 平面不規則類型

在平面不規則類型中，不同的平面不規則類型的評判標準都不相同。首先，扭轉不規則的判斷標準是建筑各層中的最大層間位移大于平均位移值的1.2倍；其次，凹凸不規則的衡量措施則為建筑整體結構凹陷一側的長度超出了結構總長度的30個百分點；最后，樓板局部不連續的評判標準則是樓板長度和剛度出現了大幅度的波動。

1.2 豎向不規則類型

在豎向不規則類型中，不同的豎向不規則類型具有不同的評判標準。首先，側向剛度不規則的評判標準是樓層的側向剛度小于臨近上層樓層的70個百分點；其次，豎向抗側力構件不連續的評判標準則為結構受力是依靠水平設施來進行傳遞的；最后，樓層承載力突變的評判標準則為樓層某一層的重量大于下層樓層重量的1.5倍。

表1 高層建筑結構設計不規則性的種類

平面不規則類型 豎向不規則類型

扭轉不規則 側向剛度不規則

凹凸不規則 豎向抗側力構件不連續

樓板局部不連續 樓層承載力突變

2 不規則結構設計需要注意的問題

高層建筑結構的不規則性會為建筑結構帶來一定的扭轉作用，進而使建筑對扭轉作用的抵抗能力遭受到一定的考驗。所以，設計者在設計高層建筑的不規則結構時，需要采取相應的措施來降低結構承受的扭轉作用。

2.1 結構偏心距問題

高層建筑結構的扭轉效應和結構的相對偏心距具有著一定的函數線性關系，所以要想減少結構的不規則性為結構帶來的

扭轉作用，設計者在結構設計時，就要考慮結構偏心距的問題，從而使高層建筑承受較少的扭轉效應。具體來說，設計者可以通過詳細的計算，來分析結構空間及平面分布，進而將樓層間的位移比例進行一定程度的壓縮。然后，在分析結構重量核心和剛度中心位置數據信息資料的基礎上，設計者就可以規范和調整結構剛度分布，并調整離重量核心較遠的抗側力設施數量，從而降低結構相對偏心距，使結構具有更強的抗扭轉能力。

2.2 結構抗側剛度和抗扭剛度比問題

相關研究發現，高層建筑結構的扭轉效應與結構周期比的平方有著線性關系。所以，設計者在設計高層建筑結構時，可以通過減小建筑結構的周期來調整結構承受的扭轉效應。具體來說，就是設計者在設計剪力墻時，要在規定的范圍內增加剪力墻的長度和厚度。而想要使結構的抗扭剛度得到一定程度的增加，就需要設計結構邊上的拉梁，縮小結構的抗扭轉周期。另外，設計者也可以通過增加周邊連梁的剛度來增加結構的抗扭剛度。

2.3 周邊抗扭件抗剪力問題

要想使建筑結構在強烈震動下保持安全，就不能只調整建筑結構布置。因為一旦結構受到較大的外力作用，就會出現不可逆的破壞現象。而相關的研究顯示，高層建筑如果長期都處在非彈性階段，在多重地震作用的影響下，規則的建筑也會出現一定的形變，并產生偏心的問題。所以，要想保持結構的抗震性，就要適當增強結構邊緣構件的抗剪強度。這樣一來，即使結構承受了一定的外力作用，在自身彈性作用的影響下，也將恢復到正常狀態。

3 結束語

總而言之，高層建筑結構設計的不規則性使得人們的居住環境得到了一定程度的改善，同時也為美化城市建設作出了一定的貢獻。但是，不規則的建筑結構設計也增加了建筑施工的難度，所以，設計者在設計不規則的高層建筑結構時，一定要遵循相關的設計原則，減小建筑結構的偏心距，并調整結構抗側剛度和抗扭剛度比值，提高抗扭構建的抗剪力，從而從建筑質量的角度完成科學的建筑結構的設計。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕