[摘要] 随着社会发展，不规则高层建筑物数量持续增多。与规则结构相比，不规则结构在地震作用下极易发生更为严重的破坏。本文阐述平面不规则高层建筑的危害，探讨平面不规则性的定义与结构。
【摘要】阐述了平面不规则高层建筑的危害，探讨了关于平面不规则性的定义与结构设计要点，并就具体的工程案例对平面不规则高层建筑的结构设计展开论述，以供参考。
【关键词】平面不规则;高层建筑;建筑设计
1引言
随着我国社会经济的快速发展，各大城市建设规模不断扩大，但由于场地限制、功能多元化以及建筑美观需要，使结构平面、竖向体型不断复杂化，各种造型不断涌现，尤其是不规则建筑物数量持续增多。根据相关调查分析，与规则结构相比，不规则结构在地震作用下极易发生更为严重的破坏，对此，科学开展相关结构设计工作十分重要，本文对平面不规则高层建筑结构展开具体分析。
2平面不规则高层建筑的危害
随着城市化进程的加快，不仅要求建筑物具有较高的质量，还要求其造型美观。为了满足这一需求，设计者跳出传统的建筑结构设计框架，建设出更多令人叹为观止的高层建筑物，这些建筑物具有新颖别致及象征性的特点，并且大多数都属于不规则的建筑物，比如，深圳大梅沙酒店、中央电视台新台址主楼、三里屯SOHO等，此类建筑个性十足、风格鲜明，打破了传统设计思维，建筑的观赏性、功能性均有所增加，值得肯定;但此类建筑多数具有平面不规则的特点，在抗震方面存在一定的薄弱点，如平面不规则往往会引起质心、刚心之间偏心，在地震作用下出现较大扭转;平面不规则往往会引起应力集中，地震作用下极易出现严重破坏。为此，必须重视平面不规则高层建筑的结构设计工作，保证建筑体系安全可靠[1]。
3关于平面不规则性的定义与结构设计要点
3.1平面不规则性的定义GB50011—2010《建筑抗震设计规范》(2016年版)规定的建筑平面不规则类型主要分为3种：1)规定水平力作用下，楼层最大弹性水平位移(或层间位移)，超过1.2伊楼层两端弹性水平位移(或层间位移)均值;2)建筑平面凹进尺寸超过0.3伊相应投影方向总尺寸;3)主要表现为楼板尺寸、刚度出现急剧变化。3.2平面不规则高层建筑结构设计要点1)全面分析建筑项目概况、场地条件、设防标准以及规则性，根据规范对其不规则程度进行超限判别;2)根据项目综合分析结果进行结构方案选型、平面布置;3)借助各种计算软件开展结构整体计算分析，包括：用振型分解反应谱法分析多遇地震工况下的性能、开展罕遇地震下的弹塑性分析、进行楼板的应力分析工作，由此充分了解建筑抗震性能，找出薄弱环节，落实加强措施，实现建筑结构抗震目标[2]。
4平面不规则高层建筑的结构设计实例
4.1工程概况某商务大厦建筑面积为10.7伊104m2、平面尺寸121m伊62.1m、高度99.7m，地上30层、地下3层。地上1耀4层为商场;5层为架空花园层;6层为结构转换层，下部为整体大底盘，上部为2塔;7耀30层为公寓大厦。4.2结构基本情况本项目结构设计基本参数如下：设计基准期为50a;结构安全等级为二级;抗震设防类别为丙类;抗震设防烈度为6度;地面粗糙度为B类;基本风压为0.35kN/m2。根据相关规范条例分析可得：1)本项目平面突出部分长度与结构平面最大宽度之比为0.62(跃0.35)，属于平面不规则中的组合平面;2)本项目高99.7m，属于超A级高层建筑;3)本项目楼层Y向位移比(偶然偏心工况)约1.5(跃1.2)，属于扭转不规则。由此可得，本项目存在多种不规则，结构设计难度较大，采用多模型、多软件对比分析方法。4.3结构方案选型本项目结构设计时，就是否设置防震缝问题进行了对比分析，拟在轴盂、轴榆间设缝，并进行了比较(见表1)。根据分析可得，本项目转换层以上分缝，可部分改善位移比，但结构刚度下降，主要由于分缝造成右单元无筒体，Y向宽度很小(17m)且大部分墙体错位，Y向平动刚度不足，由此可知虽然周期比满足规范要求，位移比却大大超标。对此，最终决定采取不分缝结构方案。4.4结构计算与分析4.4.1结构整体计算本项目采用SATWE模型、ETABS模型进行整体计算分析，具体结果见表2。根据表2数据分析可知，2种模型计算结果较为接近，均较好地反应了结构在风、地震作用下的弹性受力性能。通过分析可得，本项目偶然偏心工况下Y向地震作用位移比达1.48，远远超过X向，其主要是结构X向边长(58.2m)大幅度超过Y向(48.9m)，基于此适当减短轴舆墙体(减小至侧向刚度逸上层70%)，位移比降至1.47，有害位移比约30%且位于转换层以上3层内，再进行适当加强即可。4.4.2结构转换层刚度比计算本项目通过SATWE模型、ETABS模型计算得到转换层刚度比值，并转换为转换层刚度与上一层刚度的60%的比值，2种计算结果差异大，但基本处于1耀1.08，满足规范要求，转换层无明显突变。4.4.3转换层楼板应力分析本项目利用ETABS对转换层楼板应力进行分析，据计算X向反应谱工况下楼板壳单元最大正应力：滓11=0.39MPa、滓22=0.04MPa，剪应力子=0.27MPa，均远小于楼板混凝土(C50，板厚200mm)抗拉强度。中震地震放大系数取2.875开展计算，也未超过楼板混凝土抗拉强度，同时，对Y向计算显示也满足要求，转换层楼板可有效传递水平剪力[3]。4.5弹性动力时程分析本项目为平面不规则建筑，根据规范要求，需开展弹性动力时程分析，选安全评价报告中场地波CDB与2条天然波进行分析，单、双向地震相差很小，考虑计算效率，决定采用单向地震时程所得地震剪力与反应谱法平均值(SATWE、ETABS)进行比较(见图1和图2)。据分析，CDB波所得地震剪力低于反应谱法均值，综合反应谱分析结果，可放大部分楼层地震剪力。4.6抗震措施本项目根据结构计算分析结果，制定了几项抗震措施：1)增大转换层及其上一层楼板厚度、裙房顶板厚度，前者厚度分别控制200mm、120mm，配筋准、准双层双向;后者厚度控制160mm、配筋准双层双向;2)增强结构延性，框支柱轴压比、剪力墙底部加强部位轴压比控制在0.55、0.45;3)墙体端部底部加强部位设构造型钢。
5结语
综上所述，不规则建筑已经成为现代建设结构设计的重要对象之一，在进行此类建筑设计时，必须根据规范对相关不规则性进行判别，明确结构设计的重难点，做好结构平扭周期比、刚重比、位移比、剪重比等参数的计算分析，并积极采取相应的措施提高结构抗扭刚度、承载力，有效控制扭转不规则所带来的不利影响，保证结构安全性。
【参考文献】
【1】杨聪武，冯铭，曹志丹，等.某不规则高层建筑结构设计[J].建筑结构，2012(12)：74-77.
【2】叶立寰.高层建筑平面不规则结构设计探讨[J].建筑技术开发，2008(6)：4-5.
【3】白云飞，周东兰，杨铮.论高层建筑平面不规则结构设计[J].城市建筑，2014(6)：71.
作者：胡长青 单位：中交第四航务工程勘察设计院有限公司
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