平面不规则高层建筑结构的分析

1、平面不规则高层建筑的发展现状

随着我国经济与科技的飞速发展，我国建筑行业也在不断的发展。城市在不断扩建，设计者们为了迎合城市建设的发展需求，他们正试着建造一些标新立异、新颖别致、独树一帜的建筑，如非对称、不规则的建筑结构物。随着人们的观念的转变，现如今大城市中出现了大量复杂体型和不规则的结构，这种趋势在某种程度上代表了我国经济的快速发展，也是未来建筑的发展方向。

2、某工程平面不规则构件设计及其设计措施 工程概况

某建筑工程，总建筑面积135780.2m2，地下2层，地上21层，建筑总高度66.24m，地下2层为车库，地下层1～地上层3为商业，层高3.6m～3.9m，层4～21为住宅，层高3.5m。地下2层至地上2层近似为矩形平面，4层以上楼层平面局部收进成“凸”形平面。

工程中存在平面上不规则、扭转的不规则、竖向构件的不规则、楼板由于开洞不连续等抗震不利因素，为不规则高层建筑，须进行抗震设防专项审查。设计过程中采用合理布置剪力墙以减弱结构的不规则程度，缓解竖向刚度突变部位和平面薄弱环节在地震作用下应力和变形的集中程度，对薄弱部分进行中震不屈服分析并采取适当的抗震构造措施，提高结构在强烈地震作用下的抗震性能。

2.1 结构和构件设计 2.1.1 结构形式

本工程采用框架-剪力墙结构，较好地满足下部商场和上部住宅建筑功能的同时，保证了结构竖向抗侧力构件的连续，具有良好的抗侧刚度和抗扭性能。

2.1.2 结构平、立面布置

核心筒剪力墙布置时为保证筒体角部墙肢的完整性，纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙，这样提高核心筒的抗震性能。通过优化调整建筑物剪力墙墙肢长度和厚度，实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合，减小结构的扭转效应。

2.1.3上部结构主要构件设计 （1）剪力墙的設计

核心筒周边和结构外围剪力墙厚度从下往上分别为400，300，250，对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为1000，800，600mm，混凝土强度等级分别为C50，C40，C35。

（2）暗梁的设计

核心筒区域剪力墙设暗梁，宽度为墙宽，高度为墙宽的两倍，该暗梁按抗震构造配筋。

（3）楼板设计

竖向构件由于分布的部位及上下1层的楼板厚度分别为150，均采用双层双向配筋，配筋率取计算值并适当加强，最小为0.25%，本工程配筋Φ10@160（三级钢）。

振型数与周期比简单计算：结构计算振型数取18个，X向的有效质量系数97.52%，Y向的有效质量系数98.94%，满足高规第5.1.13规定。结构第1振型为X向平动，第2振型为Y向平动，第3振型为扭转，T3/T1=0.8761，满足高规第3.4.5规定。

2.2 结构的不规则情况和设计措施 2.2.1 楼板不连续

为提高楼板削弱区域抗震性能，竖向体型突变部位的楼板在该区域的厚度取180mm，其他楼层的板厚在该区域分别由计算需要增加了30mm，并且该区域楼板钢筋采用双层双向设置，配筋率控制不小于0.30%。

2.2.2 凸凹不规则

本工程层4～21平面凸出长度为11.3m，大于平面突出方向结构总长度（22m）的51.4%，按照高规判别为凸凹不规则。结构设计时对平面尺寸突变位置的楼板厚度和配筋进行加强。

2.2.3 竖向不规则 （1）竖向不规则的判别

因建筑使用功能变化，本工程层4以上结构平面部分收进，本工程为结构竖向不规则。

（2）竖向体型收进建筑的抗震加强措施

结构薄弱层在多遇地震作用下的剪力设计值乘以1.25的增大系数。在结构设计时上部收进楼层和相邻下部楼层对应位置剪力墙和框架柱的截面尺寸不变，混凝土强度等级不变，以减小两个楼层的抗侧移刚度和承载力的差异。在结构设计时竖向体型收进楼层及地上层4设置约束边缘构件，提高墙肢的抗震性能。对竖向体型突变部位及其上、下一层楼板的厚度和配筋采取加强措施。

3、不规则高层建筑结构设计中应采取的措施

从以上的工程实例中我们也得出来以下的一些能有效控制建筑不规则的设计心得和大家探讨：

3.1 减小建筑结构的相对偏心距。

相关研究表明建筑结构的扭转效应与相对偏心距在一定程度上是成线性关系的，如果想要控制建筑结构的扭转效应，以及进一步缩小楼层的位移比，则可以通过调整结构的平面布置，进而使得结构的质心和刚心比较接近。实践工程中减小建筑结构偏心距的常用方法有：调整结构平面的不规则性布置应该是在初步计算分析后进行，通过初步计算结果寻找建筑结构的质心、刚心，在适当的调整和质心较远的抗侧力构件。

3.2 调整结构抗侧构件刚度和抗扭刚度的比值。

由相关研究得出：建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方的关系基本上是线性的关系，所以在设计建筑物时，可以考虑适当减小结构的周期。在设计剪力墙时，则需要在合理的范围内尽量的增长或者增厚四周的剪力墙，特别需要重视的是那些离刚心较远处的剪力墙。加大结构抗扭刚度的一般做法是在建筑结构四周边上设拉梁，这样可以缩小建筑结构的扭转周期，当然也可以采用增加周边连梁的刚度的方法。

3.3 提高结构四周抗扭构件抗剪力。

要保证建筑结构在强烈震动下依然安全，仅仅靠调整结构布置还是不够的。在一系列实验中得到了如下的结论：当建筑结构处于非弹性时期时，对称的建筑结构受到的双向水平地震作用便会随形态变化的而产生偏心。如果想加强建筑结

构的抗震性能，则应该强化那些受抗扭效应制约的构件的抗剪性能，这样使得建筑结构可在强震作用下依然保持整体弹性状态。

结束语：

目前全球的地震灾害不停在发生，但是配合建筑功能确产生了很多不规则建筑，这对目前我们的高层建筑结构设计人员提出了更高的要求。建筑结构之所以分为规则结构和不规则结构，主要是因为在不同的结构下，地震的作用受力特点和震害特点不同。引起不规则的因素比较复杂，对不规则的准确界定及具体指标仍然存在不足，不能完全依赖结构的规则性规范下的定量指标。设计人员要结合高层建筑设计采取针对性的措施，加强不规则的应用，提高高层建筑结构设计的安全有效性，为整个高层建筑工程质量奠定坚实的基础。

参考文献

[1] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010） [2] 《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）