高層建筑不規則結構設計探討

陳康慈

（廣東中美建筑設計院有限公司，廣東 汕頭 515000）

高層建筑對穩定性提出了更高要求，其平面布置應具有足夠的規則性。當平面表現為不規則特性時，則會導致平面質量與剛度兩大指標的中心不重合現象，嚴重時會引發結構扭轉等問題，最終對結構形成破壞。在此背景下，工程人員必須注重平面不規則這一影響因素。

1 高層建筑不規則性含義及其特點

從高層建筑的定義可知，主要涉及兩大內容：①高度大于27m的住宅型建筑；②高度大于24m的非單層建筑。在施工中會面臨各種外部因素的影響，如工程周邊地基沉降等問題均會引起建筑的不規則現象。建筑物不規則是工程中普遍存在的問題，其主要的表現形式有：豎直方向剛度連續性較差、樓板出現不連續現象或平面不規則等。大量經驗表明，相比規則性高層建筑，不規則性高層建筑所提出的要求更高，如主體結構、設備管線等均是要考慮的內容。在實際操作中，需找到發生不規則性的具體位置，并及時采取針對性措施，對建筑結構的方案進行優化，確保建筑結構的穩定性。如今高層不規則建筑在現實生活中較為普遍，如圖1所示。

圖1 平面不規則建筑

2 建筑不規則結構種類

2.1 豎向不規則

關于側向剛度不規則的評判方法有：需選定上層相鄰樓層，將其作為基本參照對象，對當前樓層的側向剛度進行計算分析，若所得結果小于前者的70%，則可視為側向剛度不規則；此外，若所得結果小于上之三層側向剛度均值的80%，則也應視為側向剛度不規則。但要注意的是，建筑頂層不允許算入其中。

關于豎向側抗力結構構件不連續的評判方法有：以水平轉換構件為基礎，當側抗力結構表現出向下傳遞現象，同時樓層承載力出現突變時，則需將其視為不規則建筑。其基本特征有：相比于上一相鄰樓層而言，當前層所對應的抗側力結構剪切力不大于前者的80%。豎向不規則結構建筑如圖2所示。

圖2 豎向不規則結構建筑

2.2 平面不規則

當平面質量存在偏心時，必然會引起建筑平面的不規則。此外，當構件的截面尺寸存在差異時，往往會成為偏心問題的主要誘發因素。同時，除了前期施工環節外，后續使用過程中也會出現質量偏心的問題。當平面剛度出現偏心時，建筑平面會表現出明顯的不規則性。對平面剛度作進一步細分：關于平面內剛度，其方向與荷載作用相同；反之，如果與荷載作用方向相反，則可視為平面外剛度。受施工條件或周邊環境等因素影響，不同結構構件所對應的荷載情況也各不相同，這也均會產生平面剛度不均勻等現象。此外，平面強度也容易引發偏心問題。在實際施工過程中，鋼筋及混凝土材料具有明顯的選擇不確定性，因此實際強度值也會與預期值產生偏差，從而使結構構件截面存在強度偏心，對結構帶來影響。

2.3 超規范結構

以最大高度為基準，當建筑實際高度超出該范圍時，則可視為超高結構。關于超規范結構，即建筑超出了規范的限值或尚未滿足當前行業內的規范條文，此時無論平面或立面布置是否合理，均需將其視為不規則結構。

3 加強不規則結構設計合理性的方法

由于高層建筑的不規則部位受到外力損害的可能性較大，這意味著在進行結構設計時，需充分考慮不規則部位對主體結構的影響。從結構構成角度來看，主要涉及柱、墻、板、梁等構件，因此可基于概念設計的方法提升結構的合理性。

3.1 降低建筑結構偏心距

當建筑結構存在偏心距問題時，有可能會對高層建筑的質量造成影響。因此，在設計階段就應盡可能降低建筑結構的偏心距，在源頭上將不利因素消除，確保建筑的穩定性?；诟纳婆まD效應的目的，應對建筑的整體布局進行優化處理，最大程度上降低樓層的位移比，縮短質心與剛心的距離。工程中較為可行的措施有：對建筑結構進行整體計算分析，對不規則平面進行適度調整，而后對調整后的結構進行再次分析，經多重驗算且確保無誤后方可通過?；谏鲜龇椒ú坏傻玫浇ㄖ馁|心與剛心，還可掌握結構的剛度分布，以便對側抗力結構構件進行適度調整，確保高層建筑的穩定性。

3.2 合理調整抗側強度及扭曲剛度

經大量研究與調查可知，隨著振動周期的改變，會對扭轉效應帶來明顯的影響。以上述理論為基礎，出于優化高層建筑扭轉效應的目的，可將振動周期作為切入點進行分析，采用改變振動周期的方式來緩解扭轉效應。在對剪力墻進行設計時，應選擇合適的墻體厚度與長度，這對中心間距較大的墻體而言顯得更為重要。常見的方式有：在結構邊緣增設梁、柱等結構，以改善結構抗扭強度，縮減振動周期。此外，還可對邊緣連續梁的剛度進行調整，優化扭曲剛度。就理論層面而言，基于提升連續梁抗剪能力的方式可有效增強結構的性能；從實際操作層面考慮，則需合理加大剪力墻連梁的截面寬度?；谝陨戏椒?，對于剪力墻連梁結構的整體剛度也可發揮出積極效果，能夠確保建筑結構的穩定性。

3.3 提升不規則結構周邊抗扭構件抗剪力

受地震雙向水平的影響，高層建筑不可避免會出現變形現象，當變形處于彈性階段時，則具有恢復常態的可能性，此時建筑的整體結構并不會出現變化；但變形處于非彈性階段時，則會致使變形無法恢復，這也是偏心問題的主要誘發因素之一。對此，在地震環境下為了避免建筑出現偏心問題應嚴格按照抗震規范進行設計。

3.4 科學規劃不規則部件，并做好防震措施

與常規建筑相比，高層建筑不規則設計具有明顯的復雜性且易受到客觀因素的影響。因此，在設計中應充分考慮可能造成影響的相關因素，從而做出合理規劃，為后續施工提供可靠依據。在實際施工中，應積極采取抗震措施，在高層建筑周圍設置防震縫，以緩解地震對房屋帶來的沖擊，從而對建筑形成保護。

4 結語

在高層建筑大規模發展的背景下，平面布置不規則建筑逐步涌現，隨之對建筑的整體穩定性提出了挑戰，與之相關的抗震設計工作也存在諸多難點。要想推動平面布置不規則高層建筑的良好發展，必須展開相關設計探討，不斷尋求可行的方式，由此確保此類建筑的安全性。