摘要：隨著高層建筑的增多，結構抗震分析和設計已越來越重要。本文筆者以我國《高層建筑混凝土結構技術規程》、《建筑抗震設計規范》等為基礎，對不規則的高層建筑的概念、定義進行闡述，在不規則高層建筑設計中，應如何運用規范措施，此文可供參考。
　　關鍵詞：高層建筑；結構設計；不規則；規范措施；
　　結構的對稱性內含于建筑之中，它主要指建筑中抗側力的主體結構的對稱。對稱的建筑如平面對稱的框架結構、筒中筒結構、筒體結構、框剪結構、剪力墻結構、筒體框架結構等，一般比較容易實現結構的對稱性。不對稱的建筑如平面形狀復雜的L型、T型、ㄅ型等建筑，樓梯間、電梯間偏于平面的一側或一角的建筑等，內含結構的基本對稱仍是可以實現的。這主要取決于結構工程師結合建筑平面的功能和需要進行合理的結構布置，如筒體、剪力墻的合理布置，可以設法調整結構的剛心與建筑物的質心平面的形心盡量接近，從而實現結構的基本對稱。結構的較大不對稱、不規則，將引起結構在水平側力(風荷載、地震荷載)作用下產生較大的扭轉變形，不利于荷載結構抗側力，不利于非結構構件如填充墻、幕墻的正常工作，同時要招致結構耗材、成本的較大增加。所以建筑物的主體對稱性十分重要，要注意在盡可能條件下盡量予以滿足，這點在建筑平面布置中尤需特別加以注意。
　　國內、國外歷次大地震震害表明，平面不規則、質量與剛度偏心和抗扭轉剛度太弱的建筑結構，在地震中受到嚴重的破壞。國內一些振動臺模型試驗結果表明，扭轉效應會導致建筑結構的嚴重破壞。對建筑結構的扭轉效應需從以下兩個方面加以限制：
　　1）限制建筑結構平面布置的不規則性，避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。
　　2）限制建筑結構的扭轉剛度不能太弱。關鍵是限制扭轉為主的第一自振周期Tc與平動為主的第一自振周期T1之比。當兩者接近時。由于振動耦連的影響，結構的扭轉效應明顯增大。
　　目前在工程設計中應用的多數計算分析方法和計算方法，都假定樓板在平面內不變形，平面內剛度無限大，這對于大多數工程來說是可以接受的。但是當樓板有大的凹入，大的開洞時，樓板在平面內消弱過大、樓板產生顯著的變形，這時剛性樓板的假定不再適用，要采用考慮樓板變形影響的計算方法和相應的計算程序。考慮樓板的實際剛度可以采用將樓板等效為受彎水平梁的簡化方法，也可以將樓板劃分為單元后采用有限元法進行計算。中國建筑科學研究院PKPM工程部研制的SATWE軟件(2003年12月版)可以考慮柔性樓板的假定。當樓板平面過于狹長、有較大的凹入和開洞而使樓板有過大消弱時，應在設計中考慮樓板變形產生的不利影響。樓板凹入和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半，樓板開洞總面積不宜超過樓面面積30%；在扣除凹入和開洞后，樓板在任一方向的最小靜寬度不宜小于5m，且開洞后每一邊的樓板靜寬度不應小于2m。（圖1）
　　其中，a1≥2m，a2≥2m，a1+a2≥5m。（注：樓層層間抗側力結構承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上，該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。）
　　
　　圖1建筑結構平面

　　圖2抗震墻示意圖
　　角部重迭和細腰的平面圖形，在中央部位形成狹窄部分，在地震中容易產生震害，尤其在凹角部位，因為應力集中易使樓板開裂、破壞。這些部位應采用加大樓板厚度，增加樓板配筋，設置集中配筋的邊梁，配筋45度斜向鋼筋等加強措施。
　　高層住宅建筑常采用サ字形、井字形平面，以利于通風采光，而將樓梯間、電梯間集中布置于中央部位。當中央部位樓電梯間使樓板過分消弱時，此時應將樓電梯間周邊的剩余樓板加厚，并加強配筋。外伸部分形成的凹槽宜設置連接梁或連接板，連接梁宜寬扁放置并增多配筋，連接梁和連接板最好每層設置。
　　抗震設計時，當建筑平面形狀復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規則的結構時，宜設置防震縫將其劃分為較簡單的幾個結構單元。這一點在結構的方案設計時有非常重要的指導意義。
　　抗震縫兩側結構體系不同時，抗震縫寬度按不利的體系考慮，并按較低一側的高度計算確定縫寬。抗震縫應沿房屋全高設置，基礎及地下室可不設置抗震縫，但抗震縫處應加強構造和連接，當相鄰結構的基礎存在較大沉降時，宜加大抗震縫的寬度。8、9度框架房屋抗震縫兩側結構高度、剛度或層高相差較大時，可在縫兩側房屋的盡端沿全高設置垂直于抗震縫的抗震墻，每一側抗震墻的數量不應少于兩道，宜分別對稱布置，墻肢的長度可不大于一個柱距，框架和抗震墻的內力應按考慮和不考慮抗震墻兩種情況分別進行分析，并按不利情況取值。抗震墻在抗震墻一端的邊柱箍筋應沿房屋全高加密。
　　歷次震害表明；結構剛度沿豎向突變、外形外挑內收等，都會產生變形在某些樓層的過分集中，出現嚴重震害甚至倒塌。所以設計中應力要求自下而上剛度逐漸、均勻減少、提型均勻不突變。1995年日本阪神地震中，大阪和神戶市不少建筑物產生中部樓層嚴重破壞的現象，其中一個原因就是結構剛度在中部樓層產生突變。有些是柱截面尺寸和混凝土強度在中部樓層突然減小，有些是由于使用要求而剪力墻在中部突然取消，這些都引發樓層剛度的突變而產生嚴重震害。
　　由此可見，結構的不規則擁有非常廣泛的內容，像斜向抗側力結構、不對稱結構等均屬于不規則結構。而《建筑抗震設計規范》中所規定的只是主要的幾種類型。這里需特別指出的是質量不規則類型。關于質量不規則的類型在《建筑抗震設計規范》的條文說明中也有相關的闡述，希望能夠引起廣大設計人員的注意。
　　另外還需要指出，《建筑抗震設計規范》第3.4.2條及第3.4.3的條文說明中規定，對于結構扭轉不規則按剛性樓蓋計算最大層間位移與其平均值的比，這與美國的UBC和IBC規范規定的相同。當結構平面形式不滿足剛性樓板假定，需要定義彈性樓板假定時，位移比如何計算規范沒有說明。筆者認為，《建筑抗震設計規范》提出對位移的限值主要是為了判定結構的平面是否規則，當結構設計人員采用彈性板計算時，結構本身就已屬于平面不規則了，設計人員可直接按照規范規定的平面不規則的相關要求執行即可。
　　了解美國規范中關于結構不規則性的定義，對于我們在雙向地震作用的判斷中也提供了一定的依據。根據《建筑抗震設計規范》第5.1.1條第3款和《高層建筑混凝土結構技術規程》第3.3.2條第2款規定：質量和剛度分布明顯不均勻、不對稱的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉的影響。按照規范的要求，雙向地震作用只有在結構的質量和剛度分布明顯不均勻、不對稱的時候才考慮。但是什么情況下才算質量和剛度分布明顯不均勻、不對稱規范中并沒有說明。《高層建筑混凝土結構技術規程》在第4.3.5條規定，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平和層間位移，A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度的高層建筑、混合結構高層建筑及本規程第10章所指的復雜高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.4倍。結合《高層建筑混凝土結構技術規程》第4.3.5條和美國《UBC-1997規范》的相關內容，我們可以認為當樓層最大位移與平均位移之比超過扭轉位移比下限比較多，當A級高度高層建筑大于1.4，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑或復雜高層建筑等大于1.3倍時，就屬于扭轉明顯不規則，需要考慮雙向水平地震作用下的扭轉效應。按照《高層建筑混凝土結構技術規程》條文說明中的內容，雙向水平地震作用下可以不考慮偶然偏心的影響。新版的SATWE軟件在其位移輸出文件中（WDISP．OUT）增加了雙向水平地震作用下的位移比的計算功能。
　　結束語:建筑結構不規則性的判斷，在建筑結構設計中占有非常重要的地位。因為對建筑結構不規則性的判斷，能直接影響到結構的建模、結構布置、薄弱樓層的判斷、位移比的控制，以及最后的施工圖設計，從而影響到整個的結構布置是否合理、安全、經濟等。本文通過對不規則高層建筑結構設計中應采取的措施研究，希望能引起相關設計部門注意，盡可能提高高層建筑的抗震安全性能。
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