平面不规则高层建筑结构设计分析

胡昌德

酒钢集团甘肃筑鼎建设有限责任公司

1 引言

近年来，社会经济发展迅速，城市建设规模日渐扩大，但是，受到场地、功能和建筑美观等高要求的限制，高层建筑结构体系变化逐渐复杂，各种造型纷纷呈现，特别是不规则高程建筑数量逐渐上升。而根据调查得知，相对应规则结构的建筑而言，不规则建筑结构极易在地震灾害下出现变形、坍塌现象，更容易被地震破坏。因此，为了保证不规则高层建筑的安全稳定，需要科学的设计其结构体系。

2 平面不规则高层建筑结构设计特点

（1）在进行高层简述结构设计时，水平力是其主要影响因素。通常情况下，多层建筑在进行结构设计时，需要首先考虑结构竖向荷载情况。根据资料发现，在竖向构件中，结构自重与楼面荷载导致的轴力和弯矩与建筑高度是正比关系[1]。但是，对于建筑结构而言，水平荷载所产生的影响仍然不同，其与建筑高度平方是正比关系。也就是说，建筑高度符合标准要求，竖向荷载就为定值，水平荷载会随结构动力逐渐发生变化。

（2）建筑高度与其侧移有着密切联系，高层建筑使得结构侧移成为其结构设计的重点。此外，建筑高度的增加使得各种创新建筑结构体系、形式涌现，在使用一段时间后，侧移范围明显扩大[2]。因此，在设计建筑结构时，需要考虑其抗推刚度。

（3）在实际施工时，降低高层建筑自重是十分必要的，建筑重量与地震效应是正比关系，因此，降低自重有利于增强建筑结构的性能，对地震剪力的承载力也会缩小，地震倾覆力会降低。

（4）在设计平面不规则高层建筑结构的时候，如果设计方式适用性不强，这种建筑的实用性就不高，必须要确保这种高层建筑的设计符合实际需求，根据具体的场地和环境要求设计整个建筑结构，选用适当材料[3]。

3 平面不规则高层建筑结构设计实例分析

3.1 工程概况

某建筑物的建筑面积是10.5×104m2，高度为99.3m，平面尺寸为119m×62m，总共30层，地上28层，地下2层。其中，1～5层是商场，6层是花园，7层是结构转换层，上部是塔，下部是大底盘，其余为公寓。

3.2 建筑结构情况

按照相关规范可得：该项目平面宽度与突出长度比是0.62，大于基本风压0.35，是平面不规则建筑。该建筑高度在90.7m，为高层建筑。该建筑楼层发生位移，为扭转规则。因此，该建筑属于不规则建筑，结构设计有较大难度，可以使用多软件、多模型对比法进行分析设计[4]。

3.3 结构方案

该建筑在进行结构设计使，就防震缝的设置与否展开了对比分析，如表1所示。通过分析得到，在转换层之上分缝能够可以使位移比改善，但是其结构刚度有所降低，这是由于分缝使得右单元无筒体，而且Y向宽度小，墙体位移，Y向平移刚度不够，尽管周期可以满足要求，但是位移比不符合标准。因此，该建筑无须设计分缝结构[5]。

表1 防震缝设置对比分析（位移比左右代表XY向值）

3.4 结构计算分析

（1）计算该建筑整体结构时，使用的是ETABS和SATWE两种模型进行计算，分析结果如表2所示。从表中可得，两种模型计算结果相近，说明了在地震作用下，建筑结构弹性受力能力比较好。该建筑Y向地震位移比大于X向，X向边长比大于Y向。因此，需要缩短轴7的墙体，降低位移比。

表2 弹力分析的结果

（2）计算转换层刚度比，该建筑利用上述两种模型计算得出了转换层刚度比，转换层刚度及上层刚度60%比，两种计算结果有较大差异，但基本在1～1.05之间，满足规范，就表示转换层并没有显著突变现象。

（3）分析转换层应力，该建筑采用ETABS分析转换层的楼板应力，X向反向谱情况下，计算楼板壳单元最大正应力为0.41、0.05，剪应力为0.25，都低于楼板混凝土的抗拉强度。地震系数若为2.95，也不会超过其抗拉强度。Y向计算得到，转换楼层的楼板能够传输水平方向的剪力。

3.5 弹性动力时程分析

该建筑属于平面不规则类型的建筑，按照要求，需要分析器弹性动力时程，本文是在安全评价报告基础上选择的场地进行分析，根据计算效率，基于单向地震，比较地震剪力、最大层间位移角结果。

图1 结构弹性时程分析楼层剪力、最大层间位移角结果

图2 结构弹性时程分析楼层剪力、最大层间位移角结果

3.6 建筑结构抗震方法

根据分析结果，平面不规则高层建筑提出了以下几个抗震方法。

（1）提高建筑结构的延展性，框支柱轴亚比控制在0.56左右，剪力墙底部轴亚比控制在0.48左右。

（2）将转换层及上层楼板的厚度增加，其厚度控制在210mm、125mm，配筋在13mm@145mm和12mm@210mm。将裙房顶板厚度增加，其厚度控制在165mm，配筋在10mm@220mm。

（3）在建筑物的墙体底部够造型钢，提高底层的刚度，降低变形率。

4 结束语

综上所述，平面不规则高层建筑已经成为当前建筑结构设计的重点内容，在设计这种建筑的时候，需要在规范标准的基础上判别其不规则性，确定建筑结构的设计重难点，尤其是计算分析位移比、结构平牛周期比以及剪重比等参数。同时，通过一些措施使高层建筑的承载力、刚度等提高，进而降低不规则扭转导致的建筑问题，确保高层建筑整体结构的安全可靠。未来在设计平面不规则高层建筑结构的时候，需要从结构设计急哦阿杜进行科学的设计，并推动这类建筑的结构设计工作落实到位，进而使其处于持续发展的状态中。