高层建筑结构设计不规则性的研究与应用分析
Abstract： At present， with the further advance of urbanization， high-rise buildings， especially the irregular high-rise buildings have teemed. The irregularity in the structure design has largely affected the modern high-rise building design， requiring higher analysis demand and more complex analysis precision. This article mainly analyzes the current situation， basic structure， as well as the practical application of irregularity， which provides basis and reference for further research and analysis of high-rise building.
Key words： high-rise buildings；structure design；irregularity；research and application
中图分类号：TU973 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0107-02
0 引言
在设计高层建筑结构的时候，因为会受到多种因素的影响，导致建筑结构经常出现不规则性，主要就是体现在局部楼板不规则、竖向自身刚度不规则以及凹凸不规则等，所以，在实施设计建筑结构的时候，需要准确判断设计建筑不规则性，保证建筑的安全性和稳定性，高层建筑设计不规则性不但能够提供良好视觉效果，也能影响建筑整体安全性，因此，在设计建筑结构的时候，需要高度重视不规则性，完全设计建筑结构的效果和作用。
1 高层建筑不规则性的发展现状
伴随着不断发展科学技术以及国家经济，开始大力发展建筑行业，为了能够满足市场需求以及城市化发展进程，设计人员在设计建筑结构的时候，需要不断更新和改变设计理念，从传统的对称设计规则和理念变为多样、新颖、独特的建筑设计风格，如不对称、不规则高层建筑结构，因为不断改变的思维意识，越来越多出现复杂外形的设计结构，不规则的高层建筑形式，基于此，未来高层建筑发展方向就是不规则设计，虽然不规则设计方式能够极大程度提高建筑美感度，但是会在一定程度上提高建筑强度，怎样在保证稳定、安全的基础上，设计独特的不规则建筑形式，成为建筑行业未来发展的重大问题[1]。
2 划分高层建筑中不规则结构
依据抗震规范设计建筑不规则架构的时候能够分成以下三个级别：一是，一般不规则。依据相关标准和设计规范来提出合理解决措施；二是，特殊不规则。经过相关部门和专家论证以后提出符合标准规范的解决措施，检查建筑抗震级别的时候严格遵守第111号建设部设计规范；三是，严重不规则。依据实际设计规范要求合理调整和修改建筑方式。包括竖向不规则和平面不规则两种结构形式。
2.1 平面不规则结构种类 平面不规则设计结构主要包括扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不规则三种形式，从以上三个角度来着重分析高层建筑平面设计不规则形式。
2.1.1 平面刚度偏心 平面刚度偏心包括两种形式，平面外刚度和平面内刚度，平面外刚度就是垂直荷载作用方向的刚度；平面内刚度就是具备一致与荷载作用方向的刚度。因为理想设计构件模型、施工环境、承受荷载与实际构件情况之间的差异，促使出现不唯一的平面刚度，也就是说会适当降低刚度[2]。
2.1.2 平面质量偏心 设计不同尺寸界面结构构件的时候，会出现质量偏心现象，此外因为施工条件、设计结构等原因出现质量偏性，依据国家抗震相关设计规范指标，设计平面规则结构的过程中，分析偏心影响的时候，需要合理应用简化的提高边榀结构地震作用效应方式，对于设计高层建筑结构来说，具备和国外一致的标准和规定，计算楼层偶然偏心质量单向水平地震情况的时候，与建筑物在地震作用方向上的每层投影长度的5%息息相关。刚度计算公式如下：Ki=Vi/△Ui
其中Vi是第i层剪力，Ui是第i层层间位移。
2.1.3 平面强度偏心 平面应变以及平面应力都与简化空间模型理念息息相关。平面应变就是说在同一平面内进行所有应变；平面应力是说在同一平面内所有应力。常见的两种偏心问题就是平面刚度偏心和平面质量偏心，在实际设计高层建筑结构的时候，经常会忽视强度偏心的影响，在设计过程中，钢构件、钢筋使用型号、混凝土的配置都具备一定不确定性，因此，会促使设计结构强度与实际强度之间具备一定差距，从而使得设计结构强度的时候出现偏心，工作人员很难有效控制结构强度，因此在施工中不能忽视平面强度偏心[3]。
2.2 竖向不规则结构种类 在实际设计高层建筑结构的时候，会经常出现一些竖向不规则结构，例如，设计高层建筑过程中，采用上下粗、中间细的形式，上述结构形式会在一定程度上提高或者增强楼层承载力，如果不能全面分析竖向不规则结构，会极大程度影响建筑整体设计效果，竖向不规则设计结构主要包括侧向刚度不规则、楼层承载力突变、不连续竖向抗侧力三方面。 3 高层建筑结构设计中不规则性的应用
依据相关研究可以发现，当建筑结构遭受到地震等自然灾害的过程中，相比较同类型建筑结构中，存在平面不规则性建筑设计结构更容易被破坏，并且上述建筑还存在相对比较薄弱的抗扭转刚度、刚度偏心、质量偏心等问题，需要进一步分析和研究建筑设计不规则结构。高层建筑不规则结构中，最严重的破坏方式就是扭矩效应。在实际设计结构和实施建筑结构的时候，扭转效应对于高层建筑来说具备极大影响，应该及时采取有效解决措施，可以最大限度限制使用不规则平面结构设计高层建筑，能够在一定程度上降低过大偏心问题，从而能够及时的降低扭转效应影响高层建筑设计的效果，并且适当增加建筑设计的扭转刚度，促使不会因为具备比较弱的强度二提高扭转效应，在分析判断高层建筑扭转效应的过程中，对比法分析依据以平动为主的第一自转周期及以扭转为主的第一自振周期，如果存在相似的数值，在振动耦连影响前提下，会极大程度影响设计高层建筑的扭转效应。尽可能降低扭转作用，从以下方面分析解决措施：
3.1 高层建筑结构设计中降低相对偏心距 经过大量实践可以发现，设计高层建筑不规则结构的时候，相对偏心距和扭转效应存在一定线性关系。想要有效降低设计高层建筑不规则结构的扭转效应，并且尽可能缩小楼层位移比，应该合理调整布置建筑的平面结构，保证能够具备更加类似的刚心位置和构架质心。实际建筑施工过程中，初步计算分析刚度结构，合理调整不符合规范的不规则建筑结构平面设计，依据初步计算结果可以有效确定设计建筑结构的刚心和质心。有机结合以往经验和相关资料数据，来准确分析和判断设计建筑结构的刚度，在比较原理质心的位置，适当提高或者降低构件抗侧力[4]。
3.2 高层建筑结构设计中合理调整扭转刚度和抗侧刚度 在设计高层建筑结构的时候，结构周期和扭转效应之间具备一定线性关系，所以，在实际设计高层建筑不规则结构的过程中，应该尽可能降低周期。设计剪力墙结构的时候，需要适当增加剪力墙厚度，特别是远离结构刚心为指导强力墙更应该给予一定关注，合理增加设计的扭转刚度，能够有效降低设计结构扭转周期，在结构边缘附近设置一定的拉梁或者提高拉梁刚度[5]。
3.3 增加建筑附近抗扭构件的抗剪力 在存在很强震动的影响下，如果仅仅只是依靠调整和改变结构布置形式是不能完全符合规范的，设计建筑结构的时候需要保持纵横安全性，经过大量实践表明，在非弹性时期设计高层建筑的时候，会在一定程度上遭受到水平方向震动影响，由于不断改变形态，对称建筑结构会形成相应偏心，所以，应该不断提高和强化设计建筑结构的抗剪性能，保证在强烈震动基础上能够具备整体弹性的高层建筑设计结构，以便于保证拥有良好的抗震性[6]。
3.4 设置防震缝 在设计高层不规则建筑形式的时候，经常会应用一些复杂架构的平面形状，因为受到实际情况的影响，不能合理设置成规则的平面建筑结构，因此，利用防震缝来有效的把建筑结构变为交单的结构单元。在高层家建筑设计中应用不规则结构的时候，防震缝具备一定作用和意义。如果存在不同体系结构的两侧防震缝、不同应用的地震反应效应，需要依据实际宽度来合理设计防震缝。如果出现沉降比较大的相邻基础结构，防震缝能够被当做沉降缝[7]。
3.5 实际应用 北京商务中心的中央电视台大楼，基本支柱结构是两栋倾斜的大楼，悬空180m的位置向外延伸10m，形成正面O型侧面S型的结构。主要应用多种不规则菱形渔网状金属脚手架，163m以上部分主要形成L形式悬臂，主楼双向内侧存在6°的倾斜，利用诸多不规则几何图形构成玻璃幕墙，促使此建筑技术含量高、结构新颖、造型独特。
4 结束语
总之，依据实际案例存在十分复杂的造型结构，进一步分析特殊问题，从而达到提高结构受力性能和抗震性能，布置高层建筑整体结构的时候，尽可能降低薄弱环节，从设计不规则结构基本现状出发，建立符合中国特色的建筑结构。
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