关于平面不规则高层建筑结构扭转问题的探讨

之二十二，也高过了２０％。

塔楼结构平面图勘察设计条件下的弹性时程以及不屈服，借助ＳＡＴＷＥ做出具体的验算以及分析；验算弹塑性静力的时候使用了ＥＰＤＡ，按照斜向以及水平作用正交对指标进行了计算。

３．２结果（１）分析周期。

无论是ＳＡＴＷＥ计算，还是ＧＳＳＡＰ计算，都可以有如下所得：周期１、２都是平动的，周期３是扭转的。

比较扭转周期以及第１平动周期，二者之间的比值小于０．８５这个限值，为０．８０７。

平动周期在两方面行比较接近，也就是运动性能没有很大的差距。

（２）水平位移。

不同水平荷载的条件下，弹性层间位移角即使在最大的条件下，也符合规范的具体要求。

（３）抗剪承载力值和层间刚度的比值。

伴随楼层增加，本建筑物的侧向高度呈均匀状态的减小。

不同工况条件下，规范的具体要求都能够得到满足：刚度最小的为首层刚度，和上一层相比，首层的刚度仅仅是其上一层的７９％，和上面三层对应的平均刚度相比，首层的高度是平均水平的８４％；在抗剪承载力方面，首层也是最小的，是其上一层剪承载力的９５％，符合规范对应的具体要求。

（４）反应谱法其余主要计算结果。

计算时所选振型数满足规范要求，剪重比均大于１．６％，可不另作楼层地震剪力调整。

刚重比大于１．４，可通过整体稳定验算，且由于该值大于２．７，可不考虑重力二阶效应。

框架所承担的最大倾覆弯矩比例小于５０％，底层框架承担的倾覆弯矩为４５．６％，说明本工程结构布置的剪力墙数量较为合理，两程序在底部剪力及底部倾覆弯矩较接近，说明其计算结果可互相印证。

（５）弹性时程分析。

计算时选取了１条程序所提供的二类场地人工波数据以及２组天然波数据，经比对该３组波的计算结果，均符合《高规》３．３．５条要求。

（６）验算Ｐｕｓｈｏｖｅｒ，中震和大震条件下的不屈服性能。

计算的过程中，大震推覆验算是依据Ｘ、Ｙ向展开的。

结果告诉我们：推覆性能点在所有方向上对应的层间最大位移角应该要比限值小，这样结构体系能够在大震的情况下，具有抗震的功效。

简析高层建筑结构设计环节如何做好扭转效应的控制摘要：对于高层建筑而言，结构因扭转反应剧烈而引起的震害很多，控制结构在地震用用下的扭转反应涉及到对地震地面运动扭转分量影响的近似考虑、控制结构扭转振动特性和提高结构抵抗扭转振动的能力。

基于此，本文就高层建筑结构设计环节如何做好扭转效应控制的相关要点展开论述。

关键词：高层建筑；结构设计；扭转效应控制1.扭转效应概述扭转不规则在平面不规则类别中占第一位。

国内外历次大震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和扭转刚度太弱的结构，在地震中受到严重的破坏。

根据相关试验结果表明，扭转效应会导致结构的严重破坏。

在实际工程中，由于建筑造型的要求、建筑场地的限制或建筑功能的需要，在高层建筑结构设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到规范所要求的“规则”标准。

此时，结构设计人员必须做好扭转效应的控制，使其满足有关规范的要求。

2.高层建筑结构设计中扭转效应的控制方法2.1侧力结构布置必须均匀、对称在高层建筑设计中，布置抗侧力构件时须遵循均匀、分散、对称的原则，尽可能使结构的质量中心与刚度中心接近。

在实际工程中质量中心与刚度中心偏离太大，结构的抗侧力构件布置不均匀会造成地震作用下扭转效应明显，位移比与周期比超限。

平面刚度是否均匀是地震是否造成扭转破坏的重要原因，而影响刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置，剪力墙不要集中布置在结构的一端，刚度很大的剪力墙偏置的结构在地震作用下扭转效应很大。

对称布置的剪力墙、井筒有利于减少扭转。

周边布置剪力墙，或周边布置刚度很大的抗侧力构件，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转。

2.2增加结构的抗扭刚度从力学概念可知构件离质心越远，其抗扭刚度就越大，将建筑物四角的剪力墙或连梁加强都是行之有效的措施。

对于具体的工程为了加大结构的抗扭刚度，如某36层超高层办公楼，地下3层，高148m，无结构转换层。

场地地震基本烈度为7度，场地类别为Ⅱ类。

谈平面不规则高层建筑结构设计提纲：1. 平面不规则高层建筑结构设计的特点和优劣2. 平面不规则高层建筑结构设计中的挑战和解决方案3. 案例分析：平面不规则高层建筑结构设计的成功案例4. 平面不规则高层建筑结构设计中的技术革新和发展趋势5. 建筑专家在平面不规则高层建筑结构设计中的角色和责任一、平面不规则高层建筑结构设计的特点和优劣平面不规则高层建筑结构设计的特点是指其躯体平面处于不规则形状，因此其结构设计多具有复杂性、独特性、适应性等特点。

这一设计方式通常会产生很多截面不同的构件，同时在楼层的高差和局部结构的特殊需求方面，更具挑战性，因而需要某些特殊技术来解决或优化。

在平面不规则高层建筑结构设计中，采用已有技术和材料以完成复杂结构是其优劣势之一。

在某些情况下，平面不规则的建筑更有可能拥有更好的视觉效果与更高的价值。

然而，良好的视觉效果和更高的价值对于周围的环境和社会价值并不总是一致的，同时当建筑的性能成为最终结果的决定因素时，实现功能性强大的平面不规则高层建筑是有挑战性的。

二、平面不规则高层建筑结构设计中的挑战和解决方案平面不规则高层建筑结构设计面临的主要挑战来自于几个方面：首先，这些建筑中使用的构建材料和技术还处于发展阶段，这会使设计师需要思考如何在保证建筑结构刚性的同时减轻建筑负荷和提高建筑耐用性。

其次，平面不规则高层建筑结构通常存在多层结构的问题，在这种情况下，需要设计更为复杂的结构系统，以使结构在各个方向和层间均保持平衡，从而满足建筑高度和形态上的要求。

三、案例分析：平面不规则高层建筑结构设计的成功案例1. 中国塔中国塔位于中国澳门，由金蝶集团楼盘开发，其中一代表了现代建筑技术和极具视觉效果的设计。

这座塔楼平面不规则，拥有七个角，折叠的外墙设计对建筑结构提出了巨大的挑战。

为了解决这个问题，设计师采用了高强度钢材，以确保建筑的刚性，同时将塔楼与外部性能进行了协调，实现了平衡和稳定性。

这种结构设计提供了在紧凑空间内最大化底层商务区域的足够空间的可能性。

分析平面不规则高层建筑结构设计对于建筑的结构设计，我国有相应的规范要求，要求建筑的平面布置需要具有规则性，相应的的结构之间需要存在一定的对称关系，建筑的整体结构设计需要协调合理，不应该选用不规则的平面布置方案，这样对于结构的整体的性能会造成不利的影响。

但是新技术、新材料的不断出现，科学技术的不断创新，为平面不规则高层建筑的结构设计提供了技术保障，如今传统的建筑规范要求已经渐渐不适用于当今的建筑需求。

品面不规则建筑为城市建设添加了新的风貌。

一、高层建筑平面不规则结构设计问题高层建筑会因为结构设计的不规则使得建筑结构产生一定的扭转效应，当然外界不良因素对于建筑的影响也会造成结构发生相应的扭转效应，外界不良因素的影响指的是例如建筑区域内发生地震，地震会对地面结构造成严重的影响，地面某部分结构会发生位移，存在的一定扭转力就会使建筑结构产生扭转效应。

建筑结构本身也会导致这种不良现象的产生，以往的建筑结构设计时，会把建筑结构设计想象成一种平面的模型，这种设计方法只是适用于原来循规蹈矩的规则结构设计，在不规则结构设计中会存在很大的缺陷，因为不规则结构设计的建筑，建筑的质量中心和刚度中心所在位置很在一定的差距，并没有相互的重合。

在高层建筑品面不规则结构实际时，首先要考虑极限的扭转效应，从而确定建筑需要控制扭转力的额度，并且能对扭转效应的周期指标有一定的了解，要严格的保证建筑可以拥有良好的抗扭转性能，这样才能更好地对周期进行控制，位移比的控制也应格外的注意，提升性能有效途径就是提升建筑的质量和整体结构的刚度。

二、工程概述某工程建筑面积11457.3㎡，共21层高66.12m，地下室1层～地上3层是商业广场，层高3.6m，以上楼层为住宅区，层高3m。

工程采用框架-剪力墙结构设计，采用平面不规则、扭矩不规则设计，合理的剪力墙能够提高建筑的稳定性，需要对建筑结构设计中的薄弱部分采取抗震构造设计。

工程在建筑中中分是用了电梯等，嵌入剪力墙，满足下部商场和上部民用建筑的同时，保证构件的连续性。

探讨不规则高层建筑设计问题发表时间：2017-10-19T10:03:12.997Z 来源：《防护工程》2017年第15期 作者： 左洪涛[导读] 应当提高重视程度，尽量避免出现薄弱的部位。并不断完善高层建筑的不规则性设计从而提高建筑的美观性，确保其安全与稳定性。

天津天华北方建筑设计有限公司 天津市 300000 摘要：高层不规则建筑虽然能够为城市的景观加分，但同时也给设计师和施工人员带来了更大的挑战，如何在确保高层建筑安全和稳定的同时，利用不规则性塑造建筑物的独特风格，已经成为业内人士急需解决的一大问题。 关键词：高层建筑；结构设计；不规则性

1 高层建筑不规则结构的类型 1.1平面不规则 平面不规则的建筑结构主要可以分为三个类别，分别是扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续。其中，扭转不规则的特点是每一个楼层中，其自身最大的弹性水平位移在该楼层两端弹性水平位移平均值的1.2倍以上，或是层间唯一最大值在该楼层两端层间位移平均值的1.2倍以上。凹凸不规则的特点则是在建筑结构的明面上，凹进一侧的尺寸在其投影方向总尺寸的30%以上。 1.1.1平面刚度偏心 平面刚度中包括两个方面，一方面为平面内刚度，指的是与荷载作用方向一致的刚度；另一方面是平面外刚度，指的是与荷载作用方向垂直的刚度。在构建差异、构建荷载变化、施工环境复杂等因素的影响之下，平面刚度存在一定程度的偏小。 1.1.2平面强度偏心 平面应力指的是所有的应力都在同一个平面内，平面应变指的是所有的应变都在同一个平面内。一般情况下，平面强度偏心对构造的影响容易被忽略。在实际建设过程中，混凝土。钢筋、钢构件等存在一定的不确定性，导致结构的设计强度与实际强度存在差异，构建截面易出现强度偏心情况。 1.2竖向不规则 竖向不规则的建筑结构主要可以分为四个类别，分别是侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变和楼层间质量突变。其中，侧向刚度不规则的特点是某一个楼层的侧向刚度值在其相邻上一楼层的70%以下，或是在该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%以下。同时，除了顶层之外，楼层局部收进的水平方向尺寸在其相邻下方楼层的25%以上。竖向抗侧力构件不连续的特点是在竖直方向上，抗侧力构件的内力是通过水平转换构件而向下传递的。楼层承载力突变的特点是楼层之间的抗侧力结构，其受剪程度在上一层的80%以下。楼层间质量突变的特点是某一个楼层的质量在相邻的下楼层质量的1.5倍以上。 2 高层建筑不规则结构设计采取的对策 2.1降低高层建筑结构的相对偏心距 根据研究发现，高层建筑结构的扭转效应和相对偏心距之间存在着线性关系。如果需要降低高层建筑结构的扭转效应，同时缩小楼层之间的位移比，可以对建筑结构的平面布置进行相应的调整，从而使建筑架构的质心和刚心的位置更为接近。在实际施工建设的过程中，可以在进行初步计算分析之后，对建筑平面的不规则性布置进行相应的调整。利用初步计算分析得出的结果，确定高层建筑结构的质心和刚心。然后，利用相关数据资料和以往的实践经验，对高层建筑结构的刚度分部进行准确的判断。最后，在距离质心较远的位置，适当的进行抗侧力构件的增减。 2.2调整高层建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度 高层建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方之间存在着线性关系。因此，在进行高层建筑结构设计的时候，应当适当减小其周期。在剪力墙的设计中，应当适当的对周边剪力墙进行加长或加厚，尤其是距离刚心较远的剪力墙更要加大重视。对于抗扭刚度的增加，可以高层建筑结构的边缘加设拉梁，减小周围结构的扭转周期，或是增加周边连梁的刚度。 2.3提高周边抗扭构件的抗剪力 单单靠结构的调整和布置，是无法完全确保在剧烈震动的环境下，高层建筑结构仍能保持安全。因此，通过研究表明，如果高层建筑结构处在非弹性时期，那么由于受到双向水平地震的作用，对称的高层建筑结构就会随着形态的变化而产生偏心。因此，应当对受抗扭效应制约的构件的抗剪性能进行强化，从而确保高层建筑结构在强烈震动的情况下，仍能保持整体弹性的状态，从而提高建筑物的抗震性。 2.4设置防震缝 在高层建筑的施工建设过程中，时常会遇到平面形状较为复杂的建筑结构。由于实际条件的限制，平面结构不能被设置为规则的结构。对此，可以通过设置防震缝的方式，将高层建筑结构划分为交单的结构单元。在高层建筑结构不规则性的应用当中，防震缝的设置是十分重要的。如果防震缝两侧的结构体系不同，或是地震反应效应不同的时候，要根据不利一侧的结构来设计防震缝的宽度。而如果相邻的建筑结构基础沉降比较大，在设计防震缝的时候可以同时将其作为沉降缝来使用。 3 高层建筑结构设计中不规则性的应用 3.1工程概况 某工程为一座集办公楼、酒店为一体的综合大厦，该建筑地下有2层，地上25层，底部裙房4层，总面积为45000m2，总高度97.8m，地下为车库，首层则是酒店和商铺，2到4层时酒店餐厅，5到12层为酒店客房，12层以上为办公楼。此大厦的特征是竖向功能变化多。与此同时，大楼为丙类建筑物，使用年限是50年，抗震强度7级，剪力墙和框架梁抗震等级2级，框架柱抗震等级1级，基础设计甲级，应用强度大的预应力管桩，结构计算应用SATWE软件完成。 3.2针对不规则情况进行处理的方法 大楼平面形体是Z字形，L/Bmax= 0.56>0.35，为不规则建筑结构，竖向存在立面缩进，层高差别大。通过初步运算发现，结构在风荷载和地震影响下的位移角可达到规定的要求，虽然可达到规范需要，然而第二周期扭转因子已经很大，达到0.34，这说明此结构抗扭刚度显然不够。与此同时，此结构在考虑偶然偏心情况下的扭转位移比X向和Y向都大于1.30，甚至还有1.40的，此结构的扭转效应比较严重，属于扭转不规则，裙房4层时薄弱层，刚度低于上3层平均刚度的近八成，首层是软弱层，抗剪承载力达不到上层的八成，此结构不规则位置为5项，属严重不规则结构，此楼上下层功能较多，地下室是车库，业主要求有较大空间布置墙体受到约束，2到4层时酒店多功能厅，需空间宽敞，布置墙体受约束，5到12层时酒店客房，不允许在建筑外侧设置剪力墙，12以上是办公楼，中间也很难布置墙体，很多功能使此楼中部和边上很难存在墙体上下贯通。 此楼设计中的关键工作为调整周期比及扭转位移比，因此楼平面凹凸不规则。所以，控制周期比的主要目的是使结构抗侧力构件的布置更加均匀、合理，而不是让结构更具有刚度。若是平动第一周期和扭转第一周期相对接近，因振动藕连作用，结构扭转效果应该会变化的较为明显。然而，此大厦第二周期扭转因子为0.34，一般认为其扭转刚度较弱，需要进行调整，不可只认为平动和扭转第一周期的比值低于0.9就可以，同时还需要考虑平动周期内的扭转因子，如若不然在地震较大时结构第一周期很有可能就会是扭转周期。考虑到这一环节，应该针对结构竖向构件进行调整：首先，在结构左上方及右下方各加1片相对较长的剪力墙，加强建筑物周边结构构件的抗扭性，同时还要把结构刚心大幅度的推向左侧；其次，在右下角核心筒位置开洞，降低此处的刚度，这主要是原因这一位置核心筒有很大偏心，这使得刚度中心向左侧偏移；最后，取消上部核心筒下端的1个小核心筒，降低中间刚度，并把此核心筒连梁减弱，从而使结构剪力墙更为均匀，这对于结构扭转周期比和位移比皆大有裨益。 4 结语 在高层建筑结构的设计过程中，不规则性会在很大程度上对建筑物的安全性和稳定性产生影响，从而直接影响到建筑物的结构设计和布局。因此，建筑师在进行高层不规则建筑结构的设计时，应当提高重视程度，尽量避免出现薄弱的部位。并不断完善高层建筑的不规则性设计从而提高建筑的美观性，确保其安全与稳定性。 参考文献 [1]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].长春：吉林大学，2011：1―50

高层建筑不规则结构设计探讨随着现代建筑技术的不断发展，在城市建设中出现了越来越多的高层建筑。

而设计一座高层建筑的时候，不规则结构设计则是一个关键的要素。

那么，高层建筑不规则结构设计的大致步骤是什么呢？首先我们需要了解什么是不规则结构。

不规则结构是指建筑结构不符合规整的形式，包括了平面、立面、功能、材料等方面的不规整。

而高层建筑的不规则结构设计更是在平面与立面两方面的设计中要做出明显的改变，从而使得建筑具有独特的风格并满足设计标准。

在高层建筑的平面设计中，我们首先要关注建筑物所在的环境及地形，考虑是否需要用不规则形式去适应地形变化，进而考虑建筑的平面形态如何既能满足建筑的使用功能，也能够造成良好的视觉效果。

因此，在平面设计上我们需要切实考虑自身的功能需要，同时还要兼顾美学方面，达到功能与美学的统一。

为了能够更好地解决这一问题，我们可以运用建筑信息模型技术（BIM）进行平面设计模拟。

在高层建筑的立面设计中，不同于平面设计，立面设计更多的是关注其立体效果、景观、绿化等方面，尤其是动线的设计。

它不仅仅体现建筑的形式美，更重要的是向外界展现着该建筑的核心价值观，体现着该建筑的风格和意境。

而在立面设计的不规则结构设计中，需要更加注重其材料、特殊构件、建筑系统等方面的选择，比如可以运用钢结构或混凝土框架结构，同时还需要考虑抗震、抗风等功能的保证，保证其安全性。

除此之外，不规则结构的设计还需要考虑以下因素：一、因素分析。

在进行不规则结构设计之前，需要进行一系列的因素分析，比如地质、气候、水文、交通、景观、规划、环保等因素的影响分析，并根据分析结果进行合理的设计。

二、结构计算。

在进行不规则结构设计的过程中，需要进行结构计算，以保证建筑的安全性。

具体而言，建筑的结构设计包括钢筋混凝土结构、钢框架结构、现浇钢筋混凝土结构、空间钢结构、防护结构等多种类型的结构设计。

同时，还需要进行抗震、抗风等功能的计算，以保证建筑的安全性。

平面不规则高层建筑结构的分析1、平面不规则高层建筑的发展现状随着我国经济与科技的飞速发展，我国建筑行业也在不断的发展。

城市在不断扩建，设计者们为了迎合城市建设的发展需求，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大量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经济的快速发展，也是未来建筑的发展方向。

2、某工程平面不规则构件设计及其设计措施工程概况某建筑工程，总建筑面积135780.2m2，地下2层，地上21层，建筑总高度66.24m，地下2层为车库，地下层1～地上层3为商业，层高3.6m～3.9m，层4～21为住宅，层高3.5m。

地下2层至地上2层近似为矩形平面，4层以上楼层平面局部收进成“凸”形平面。

工程中存在平面上不规则、扭转的不规则、竖向构件的不规则、楼板由于开洞不连续等抗震不利因素，为不规则高层建筑，须进行抗震设防专项审查。

设计过程中采用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 结构形式本工程采用框架-剪力墙结构，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为保证筒体角部墙肢的完整性，纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙，这样提高核心筒的抗震性能。

通过优化调整建筑物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上部结构主要构件设计（1）剪力墙的設计核心筒周边和结构外围剪力墙厚度从下往上分别为400，300，250，对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为1000，800，600mm，混凝土强度等级分别为C50，C40，C35。