不规则复杂结构的研究现状

尹俊峰 陈涛

摘要：随着经济的不断发展，人们生活水平逐渐提高，尤其是近些年房地产业繁荣，人们的审美观点越来越多元化，人们对建筑功能和建筑美学的要求不断提高，不断打破传统规则建筑，体型复杂的建筑在世界的各大城市逐渐增多，尤其近些年高新科技不断在建筑领域中的广泛应用，同样为现代多样化复杂结构提供了更大的发展空间。

关键词：不规则；复杂结构；研究

1、引言

体型复杂建筑陆续的出现主要有以下几个原因：第一，以往火柴盒式的建筑外形单一，单调乏味，而现代人们物质生活的丰富，不再满足建筑结构单一的形式，美观的建筑形式可以给人们带来好心情，在一定程度上可以给人带来好的精神状态。第二，现代建筑结构功能的多样化。随着社会的进步，人们对建筑结构的功能需求也是越来越多，使用功能的不断增多，使我们对建筑结构的平面和立面有了更高的要求。第三，土地面积是有限的，世界人口不断增加，尤其中国是人口大国，从合理充分的利用土地方面来将，结构形状的多样化在某种程度上能够节约土地的使用面积。现在建筑结构体型复杂多样化已经逐渐成为建筑发展的新趋势。

2、不规则复杂结构的定义

结构的平面布置和立面体型；结构的侧向刚度和质量沿高度分布；楼层承载力。以此为依据，我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对不规则的定义如下：

另外《建筑工程抗震性态设计通则》和《高层建筑混凝土结构技术规程》也对结构的不规则性做出了相应的规定。

3、国内外复杂结构研究现状

钢筋混凝土结构从一出世就引起了建筑行业翻天覆地的变化，至今为止有150多年的历史，从开始的单一结构发展到现在以复杂多样化结构为主题。国外发达国家的体型复杂结构已有较长的发展的历史，多样化的结构体系的出现，使得设计者在分析判断一个结构体系采用何种计算理论依据，不得不更加多方面考虑结构的整体性能。在现行的国内外的建筑规范中都对结构的规则和不规则做了初步的判断方法。但是对不规则复杂体系的分析方法没有比较详细的解释。现在，设计者往往把建筑设计的较为规则，以便可以简化结构设计工作，满足规范的要求，为设计提供依据。由于对体型复杂结构规范没有比较详细的解释，设计者遇到不规则结构显得无从下手，往往也是为了有结构设计的依据，把复杂的结构简化成较为简单规则的结构以最大程度适应现行规范的要求。但是在简化的过程中往往是把附属的结构构件按照荷载考虑或则将某一部分的刚度加大或则缩小以适应结构设计软件的计算。这样的简化对体型复杂的结构来说在很大的程度上影响了后续设计的安全可靠。历次的地震灾害表明，结构的刚度和强度对结构地震反应的影响与整体结构体系有关系，片面的增强或则减弱某一构件或者结构的某一部分，造成与实际不符，这就使结构在地震中的危险系数增大。

近些年来随着计算机技术的发展，各种工程软件的出现为我们对不规则结构的研究提供有效的工具，尤其是有限元概念的提出以来，国内外对复杂结构体系的研究进入了一个新的时代，尤其是在国外，有限元作为一个相对独立的研究，受到了土木界越来越多的关注和重视。美国学者在上个世纪60年代末就采用有限元分析方法进行了钢筋混凝土剪支梁的抗剪分析。在随后的几十年当中钢筋混凝土有限元分析有了快速的发展，核心思想是将结构离散为有一定数目的规则的单元体的组合，通过对离散的单元体组合分析来反应实际结构的性能，得出满足实际工程结构的分析结果，这样可以解决很多理论分析无法解决的复杂问题。然随着工程复杂程度的不断加大，有限元分析原理不断进步与发展，得到了越来越多的人认可。

我国在不规则复杂结构领域的研究明显落后于国外，但在近些年我国的的工程界人士越来越关注体型复杂结构领域的发展与研究，在利用有限元分析不规则复杂结构领域内的研究也有了很大的收获，我国的魏巍、冯启民、朱杰江、吕西林、容柏生、汪梦甫、周锡元等在这方面做出了很大的贡献。在我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中第三章第3.6.2条规定：“不规则且具有明显薄弱部位可能导致重大地震破坏的建筑结构，应按本规范进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。此时可根据结构特点采用静力弹塑性分析或则弹塑性时程分析方法”静力非线性分析主要是指Pushover分析。所以现在静力非线性分析法也就是Pushover分析法也逐渐成为我国抗震设计的主要设计方法之一。

各种因素对体型复杂建筑结构的影响规律比较复杂，目前对复杂不规则结构的研究基本上是局限在结构各层刚度中心和质量中心分别在同一条直线上的均匀偏心结构。

4、复杂结构存在的问题

体型复杂结构的不断出现，建筑功能的多样化要求，不断的对结构提出新的挑战，在地震作用下整体结构工作性能直接影响到结构的稳定性和安全性，但是目前对复杂结构的研究还处于不完善的阶段，对于在水平荷载作用下复杂结构受力情况和变形情况以及影响整体结构受力和变形的因素有待遇近一步的研究，复杂结构的整体抗震性能有待遇进一步的研究。

5、结束语

本文主要介绍了不规则复杂结构大量出现的原因以及不规则发杂结构在规范中的定义，提出不规则发杂结构在地震作用下的安全性分析国内和国外的研究现状，对于不规则结构采用Pushover分析进行地震作用下的分析研究，最后指出复杂结构存在的问题，为设计者提出下一步将要研究的方向。

参考文献

[1] 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[M].北京：中国建筑工业出版社.2010.

[2] A.M，Chandler，X.N.Duan.Performance of asymmetric code-designed buildings for serviceability and ultimate limit states [J].earthquake engineering and Structueal Dynamics