浅谈高层建筑中平面不规则的结构设计措施

1、浅谈高层建筑中平面不规则的结构设计措施 摘 要：社会的发展，经济水平的提高，使人们不再满足于建筑物的规则性设计。人们追求与众不同的不规则性建筑结构设计的原因是，不规则建筑物往往能够达到造型美观的效果，这也是设计者所头疼的问题，对结构设计师而言也是一个巨大挑战。除此之外，高层建筑平面不规则性设计容易引起一些问题，比如结构在水平方向上的偏心测力，不利于结构的抗侧力。本文介绍了高层建筑中不规则建筑的发展现状，结合某工程案例对高层建筑中平面不规则的结构设计措施进行了探讨。 关键词：高层建筑；不规则性；结构设计 1 高层建筑中不规则建筑的发展现状 随着我国科技技术水平的逐步提升，我国建筑行业也在不断的发

2、展。随着城市的不断扩建，设计者们为了迎合城市建设的发展需求，他们已经逐步更新了自己以往建筑物必须要对称、规则的观念，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许许多多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 工程采用框架-剪力墙结构，存在平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进等抗震不利因素，为不规则高层建筑，须进行抗震设防专项审查。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

3、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 工程设计利用楼、电梯间设置核心筒，在外围框架柱内嵌入剪力墙形成框架-剪力墙结构，该结构形式在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，纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙，并保证筒体角部墙肢的完整性，提高核心筒的抗震性能。通过优化调整建筑物周边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

4、部结构主要构件设计 （1）剪力墙的设计 核心筒周边和结构外围剪力墙厚度从下往上分别为350，300，250，200mm，对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为700，600，500mm，混凝土强度等级分别为C40，C35，C30。 结构总质量为15104.859t。X向最小剪力系数5.09%，Y向最小剪力系数5.26%，满足抗规第5.2.5条最小剪力系数3.2%的规定。 （2）框架梁、暗梁和次梁的设计 嵌入框架柱之间的剪力墙在楼面位置设暗梁，暗梁宽度为墙宽，高度取墙宽的两倍且不小于600mm，该暗梁参与结构整体计算并按框架梁计算配筋。核心筒区域剪力墙设边框暗梁，宽度为墙宽，高度为墙宽的两倍，

5、该暗梁按抗震构造配筋。 （3）楼板设计 竖向体型突变部位及上下1层的楼板厚度分别为150，130mm，双层双向配筋，配筋率取计算振型数与周期比。 振型数与周期比简单计算：结构计算振型数取15个，X向的有效质量系数98.66%，Y向的有效质量系数99.92%，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=0.7761，满足高规第3.4.5规定。值且不小于0.25%。 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增加30mm，

6、该薄弱区域楼板钢筋采用双层双向通长设置，配筋率不小于0.30%。楼板边缘设扁梁，扁梁上部纵筋直锚入楼板内，锚固长度按照抗震要求确定。 2.2.2 凸凹不规则 本工程层421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 竖向体型收进 （1）竖向体型收进的判别 因建筑使用功能变化，本工程层4以上结构平面部分收进，体型收进位置的高度为11.1m，为建筑总高度的17%，接近高规第3.5.5条20%的限值。收进后的平面宽度为12.7m，为下部楼层对应宽度的49.6%。按照高规第3.

7、5.5条收进后的平面尺寸不宜小于下部楼层平面尺寸75%的规定，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。该楼层剪力墙的墙肢名义剪应力的控制和剪力墙水平抗剪钢筋的配置采用中震不屈服分析的计算剪力。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 3

8、.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，如果想要改善建筑结构的扭转效应，以及进一步的缩小楼层的位移比，则可以通过调整建筑结构的平面布置，进而使得建筑结构的质心和刚心可以更加的接近。实践工程中减小建筑结构偏心距的常用方法有： 调整建筑结构平面的不规则性布置应该是在初步计算分析后才进行，通过初步计算的结果找到建筑结构的质心、刚心，同时需要做的便是通过相关数据以及实践经验比较准确的判断建筑结构的刚度分布，最后在适当的增减距质心较远的抗侧力构件。 3.2 调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比。 由相关研究表明：建筑结构的扭转效应与结构周期比的

9、平方的关系基本上是线性的关系，所以在设计建筑物时，可以考虑适当的减小建筑结构的周期。在做剪力墙时，则需要在合理的范围内尽量的加长或者增厚周边剪力墙，特别需要重视的是那些离刚心最远处的剪力墙。加大结构抗扭刚度的一般做法是在建筑结构边上设拉梁，同时缩小建筑结构的扭转周期，还可以通过增加周边连梁的刚度来实现。 3.3 提高周边抗扭构件抗剪力。 要保证建筑结构在强烈震动下依然安全，只靠调整结构布置是不够的。相关技术人员通过实验得到了如下的结论，即：当建筑结构处于非弹性时期时，对称的建筑结构受到双向水平地震作用便会随形态变化的而偏心。如果考虑建筑结构的抗震性能，则应该强化那些受抗扭效应制约构件的抗剪性能，以便使得建筑结构可以在强震作用下保持整体弹性状态。 结束语：地震灾害时有发生，不规则建筑结构却大量涌现，这对新时期背景下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