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摘 要：改革开放以来，我国城市化进程迅速，城市出现众多的不规则高层建筑。特别是近数十年，我国不规则性高层建筑的规模及数量同时呈现大规模的增长。高层建筑工程的不规则性，给结构设计工作提出了更加苛刻的要求，本文从不规则建筑结构控制参数、不规则结构设计要点等几个方面进行探讨，希望对不规则建筑结构设计得到有益帮助。
关键词：结构设计；不规则结构；控制参数；构造措施
1. 引言
随着我国经济的高速发展和人们的需求日益增加，在很多大城市的土地上涌现出的是大批十分不规则的建筑物，如中央电视台新台址、北京鸟巢、水立方、上海环球金融中心、苏州东方之门、广州电视发射塔等。这些奇形怪状的建筑物几乎都是不规则或很不规则的，它们的出现既给城市带来一道奇特的风景，又给工程设计人员提出了严峻的挑战，如何保证这些不规则建筑物的安全，对这些不规则建筑结构的抗震设计与计算分析，成为工程师们设计中必须解决的重要课题。
2. 平面不规则建筑结构的判定
平面不规则建筑结构大致可以分为三种[1]：一是平面形状不规则；二是楼板局部不连续，连接处较弱；三是抗侧力体系布置引起扭转的不规则。国内外的建筑规范建筑不规则的判断准则都是来自震害实际调查，同时考虑地震效应计算和地震作用的不确定性，对结构的不规则性给出了判别准则。平面不规则容易出现重心和形心严重偏离的情况，不利于建筑的抗震能力。扭转不规则一般出现在连体结构体系或者跨度大、扁平的结构。结构扭转不规则，需要进行分析计算来判别。
3. 不规则结构存在的问题
1 对于跨度大、扁平型的结构，由于地震传播的任意的方向性，容易产生扭转效应。结构遭受的风荷载和地震荷载更大，并且容易产生鞭鞘效应。所以设计者在设计高层建筑时注意保证建筑主体沿两个主轴方向的刚度比较接近、变形特性比较相似。应保证抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，这样可以减少层间位移。
2结构要避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，故建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要剪切刚度不要突变。特别对于强震区的高层建筑结构。
3建筑主体抗侧力结构构件应避免出现应力集中的问题。设计时在进行平面布置，应注意同一平面各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免刚度特别大而延性较差的构件，如长窄的实体剪力墙。此时，即使结构仍满足对称性和刚度的要求，因为出现应力特别集中的构件，当发生地震时，这一构件将首先吸收极大的能量，容易首先招致破坏，从而引起其他构件的破坏，甚至导致整体结构的破坏。所以同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，这样也有利于结构抗震延性的实现。
4应避免出现扭转效应，出现扭转效应，往往会导致严重的破坏。保证高层建筑中央核心与周边结构的刚度协调，有利于减小扭转效应的出现，因为地震荷载或风荷载的扭矩作用下，水平刚度不协调的高层建筑物容易产生过大的扭转变形导致结构或非结构构件的破坏。
4. 不规则建筑结构控制参数[2-3]
1 位移比（层间位移比）
位移比是控制建筑结构破坏的重要参数，它是指计算楼层的最大水平位移（或层间位移）与该楼层两端平均水平位移（或层间位移）的比值。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。设计者可以通过扭转位移比值来判别结构的不规则性，并以此控制结构的不规则性。防止结构不规则性，其中包括控制结构扭转变形，如果结构扭转变形过大，造成局部破坏继而可能引起整体结构倒塌，对结构抗震十分不利。因此，控制扭转位移比值是需要我们高度重视的工作之一。
2 周期比
周期比是指结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。周期比过大会导致建筑结构在地震作用下结构扭转激励振动效应成为主振动效应，可能会导致结构发生扭转破坏。减少周期比的目的是使结构扭转变形小于结构平动变形，扭转变形小于结构平动变形会减少结构发生扭转的可能，所以说周期比是控制结构扭转效应的重要指标
3 侧向刚度比
侧向刚度比是指相邻楼层间侧向刚度的比值。结构除了顶层楼层外所以楼层的侧向刚度不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%或相邻上一层的 70%。控制这个数据是为了避免竖向不规则结构出现薄弱层，所以侧向刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。
4 层间受剪承载力比
层间受剪承载力比是不规则结构控制的重要参数，它涵义是相邻楼层间抗侧力结构受剪承载力的比值。建筑结构的楼层层间抗侧力结构受剪承载力与其上一层受剪承载力的比值不宜小于 0.8；受剪承载力比小于 0.8，说明该结构有薄弱层。
5. 不规则结构设计要点
地震作用下，质量、刚度、体形不对称的连体结构体系或者跨度大、体形扁平的不规则结构容易产生较大的扭转变形，这些结构存在很大的扭转效应，使结构产生扭转脆性破坏，工程设计时减少扭转效应的主要方法有[2]：
（1）设置伸缩缝兼防震缝
对于体型复杂、平立面特别不规则的结构，应当在适当部位设置伸缩缝兼防震缝，从而形成若干个较为规则的子结构，利于避免结构的整体扭转，减少结构扭转变形。
（2）采用刚度较柔结构体系
由于裙房与高层主体之间不能设抗震缝时，裙房应当采用刚度较柔结构体系，以此减少裙房布置不对称带来的结构扭转和基础偏心影响以及刚度突变对主体结构带来的不利影响。主楼抗震设计时应在裙房屋面标高处及上、下一层提高抗震措施，因为地震作用下裙房受刚度与承载力突变的影响较大。
（3）强化抗扭刚度、弱化平动刚度
为了减小结构的扭转效应，应尽量强化主体结构刚度，适当弱化内部主体结构刚度，这样有利于提高结构抗扭刚度，减少扭转变形，同时增大结构的平动周期，满足周期比限值要求。
（4）加强构造措施
防止不规则结构的局部破坏，应加强竖向角柱、暗柱和翼缘柱等边缘构件强度，增加配筋，这不但可以提高其延性和抗弯承载力，推迟塑性铰的出现，防止不规则结构倒塌有着重要意义，局部构件破坏容易引发整体的破坏，形成蝴蝶效应。这样也有利于提高结构的整体性、改善结构变形能力。譬如，对于竖向刚度出现突变，结构不连续的情况。这种不规则结构应当加强构造措施。比较常见的是设置转换层的结构，这样造成竖向构件不连续的，不利于抗震，容易在转换层中遭受破坏。所以带转换层结构设计应该注意以下事项：（1）应该保证结构连续性以及竖向刚度的不出现突变，所以要设置满足要求的上、下连续的落地剪力墙或筒体。（2）限制转换层遭受水平荷载时出现较大的位移，所以设计时应限制转换层高度，转换层高度越高影响着转换层上下层间位移角大小。
6. 结论
经济的发展，必然导致城市化的发展，城市的不断扩大，不规则的楼房必然会大规模的出现。针对很多大城市的土地上涌现出的是大批十分不规则的建筑物。这些奇形怪状的建筑物几乎都是不规则或很不规则的，如何保证这些不规则建筑物的安全，在设计中工程师们应当从四个控制参数位移比、周期比、侧向刚度比和层间受剪承载力比出发，控制建筑结构的不规则性。加强构造设施，适当采取设置伸缩缝兼防震缝、采用刚度较柔结构体系、强化抗扭刚度、弱化平动刚度和增设部分楼层板，提高结构的整体性，满足平面凹凸规则性要求。这些构造设施是保证不规则建筑结构的安全性有着重大意义。■
参考文献
[1] 徐培福等. 复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2] 李亚娥，李志慧，王栋. 平面不规则高层建筑结构在水平地震作用下的扭转效应与设计[J]. 甘肃科学学报，2008（04）.
[3] 赵孝民，宋中法. 不规则高层建筑结构设计中应采取的措施[J].中外建筑，2009（08）.
关键词：结构设计；不规则结构；控制参数；构造措施
1. 引言
随着我国经济的高速发展和人们的需求日益增加，在很多大城市的土地上涌现出的是大批十分不规则的建筑物，如中央电视台新台址、北京鸟巢、水立方、上海环球金融中心、苏州东方之门、广州电视发射塔等。这些奇形怪状的建筑物几乎都是不规则或很不规则的，它们的出现既给城市带来一道奇特的风景，又给工程设计人员提出了严峻的挑战，如何保证这些不规则建筑物的安全，对这些不规则建筑结构的抗震设计与计算分析，成为工程师们设计中必须解决的重要课题。
2. 平面不规则建筑结构的判定
平面不规则建筑结构大致可以分为三种[1]：一是平面形状不规则；二是楼板局部不连续，连接处较弱；三是抗侧力体系布置引起扭转的不规则。国内外的建筑规范建筑不规则的判断准则都是来自震害实际调查，同时考虑地震效应计算和地震作用的不确定性，对结构的不规则性给出了判别准则。平面不规则容易出现重心和形心严重偏离的情况，不利于建筑的抗震能力。扭转不规则一般出现在连体结构体系或者跨度大、扁平的结构。结构扭转不规则，需要进行分析计算来判别。
3. 不规则结构存在的问题
1 对于跨度大、扁平型的结构，由于地震传播的任意的方向性，容易产生扭转效应。结构遭受的风荷载和地震荷载更大，并且容易产生鞭鞘效应。所以设计者在设计高层建筑时注意保证建筑主体沿两个主轴方向的刚度比较接近、变形特性比较相似。应保证抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，这样可以减少层间位移。
2结构要避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，故建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要剪切刚度不要突变。特别对于强震区的高层建筑结构。
3建筑主体抗侧力结构构件应避免出现应力集中的问题。设计时在进行平面布置，应注意同一平面各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免刚度特别大而延性较差的构件，如长窄的实体剪力墙。此时，即使结构仍满足对称性和刚度的要求，因为出现应力特别集中的构件，当发生地震时，这一构件将首先吸收极大的能量，容易首先招致破坏，从而引起其他构件的破坏，甚至导致整体结构的破坏。所以同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，这样也有利于结构抗震延性的实现。
4应避免出现扭转效应，出现扭转效应，往往会导致严重的破坏。保证高层建筑中央核心与周边结构的刚度协调，有利于减小扭转效应的出现，因为地震荷载或风荷载的扭矩作用下，水平刚度不协调的高层建筑物容易产生过大的扭转变形导致结构或非结构构件的破坏。
4. 不规则建筑结构控制参数[2-3]
1 位移比（层间位移比）
位移比是控制建筑结构破坏的重要参数，它是指计算楼层的最大水平位移（或层间位移）与该楼层两端平均水平位移（或层间位移）的比值。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标。设计者可以通过扭转位移比值来判别结构的不规则性，并以此控制结构的不规则性。防止结构不规则性，其中包括控制结构扭转变形，如果结构扭转变形过大，造成局部破坏继而可能引起整体结构倒塌，对结构抗震十分不利。因此，控制扭转位移比值是需要我们高度重视的工作之一。
2 周期比
周期比是指结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。周期比过大会导致建筑结构在地震作用下结构扭转激励振动效应成为主振动效应，可能会导致结构发生扭转破坏。减少周期比的目的是使结构扭转变形小于结构平动变形，扭转变形小于结构平动变形会减少结构发生扭转的可能，所以说周期比是控制结构扭转效应的重要指标
3 侧向刚度比
侧向刚度比是指相邻楼层间侧向刚度的比值。结构除了顶层楼层外所以楼层的侧向刚度不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的 80%或相邻上一层的 70%。控制这个数据是为了避免竖向不规则结构出现薄弱层，所以侧向刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标。
4 层间受剪承载力比
层间受剪承载力比是不规则结构控制的重要参数，它涵义是相邻楼层间抗侧力结构受剪承载力的比值。建筑结构的楼层层间抗侧力结构受剪承载力与其上一层受剪承载力的比值不宜小于 0.8；受剪承载力比小于 0.8，说明该结构有薄弱层。
5. 不规则结构设计要点
地震作用下，质量、刚度、体形不对称的连体结构体系或者跨度大、体形扁平的不规则结构容易产生较大的扭转变形，这些结构存在很大的扭转效应，使结构产生扭转脆性破坏，工程设计时减少扭转效应的主要方法有[2]：
（1）设置伸缩缝兼防震缝
对于体型复杂、平立面特别不规则的结构，应当在适当部位设置伸缩缝兼防震缝，从而形成若干个较为规则的子结构，利于避免结构的整体扭转，减少结构扭转变形。
（2）采用刚度较柔结构体系
由于裙房与高层主体之间不能设抗震缝时，裙房应当采用刚度较柔结构体系，以此减少裙房布置不对称带来的结构扭转和基础偏心影响以及刚度突变对主体结构带来的不利影响。主楼抗震设计时应在裙房屋面标高处及上、下一层提高抗震措施，因为地震作用下裙房受刚度与承载力突变的影响较大。
（3）强化抗扭刚度、弱化平动刚度
为了减小结构的扭转效应，应尽量强化主体结构刚度，适当弱化内部主体结构刚度，这样有利于提高结构抗扭刚度，减少扭转变形，同时增大结构的平动周期，满足周期比限值要求。
（4）加强构造措施
防止不规则结构的局部破坏，应加强竖向角柱、暗柱和翼缘柱等边缘构件强度，增加配筋，这不但可以提高其延性和抗弯承载力，推迟塑性铰的出现，防止不规则结构倒塌有着重要意义，局部构件破坏容易引发整体的破坏，形成蝴蝶效应。这样也有利于提高结构的整体性、改善结构变形能力。譬如，对于竖向刚度出现突变，结构不连续的情况。这种不规则结构应当加强构造措施。比较常见的是设置转换层的结构，这样造成竖向构件不连续的，不利于抗震，容易在转换层中遭受破坏。所以带转换层结构设计应该注意以下事项：（1）应该保证结构连续性以及竖向刚度的不出现突变，所以要设置满足要求的上、下连续的落地剪力墙或筒体。（2）限制转换层遭受水平荷载时出现较大的位移，所以设计时应限制转换层高度，转换层高度越高影响着转换层上下层间位移角大小。
6. 结论
经济的发展，必然导致城市化的发展，城市的不断扩大，不规则的楼房必然会大规模的出现。针对很多大城市的土地上涌现出的是大批十分不规则的建筑物。这些奇形怪状的建筑物几乎都是不规则或很不规则的，如何保证这些不规则建筑物的安全，在设计中工程师们应当从四个控制参数位移比、周期比、侧向刚度比和层间受剪承载力比出发，控制建筑结构的不规则性。加强构造设施，适当采取设置伸缩缝兼防震缝、采用刚度较柔结构体系、强化抗扭刚度、弱化平动刚度和增设部分楼层板，提高结构的整体性，满足平面凹凸规则性要求。这些构造设施是保证不规则建筑结构的安全性有着重大意义。■
参考文献
[1] 徐培福等. 复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
[2] 李亚娥，李志慧，王栋. 平面不规则高层建筑结构在水平地震作用下的扭转效应与设计[J]. 甘肃科学学报，2008（04）.
[3] 赵孝民，宋中法. 不规则高层建筑结构设计中应采取的措施[J].中外建筑，2009（08）.