摘要：随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。本文笔者以我国《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》等为基础，对不规则的高层建筑的概念、定义进行阐述，在不规则高层建筑设计中，应如何运用规范措施，此文可供参考。
关键词：高层建筑；结构设计；不规则；规范措施；
结构的对称性内含于建筑之中，它主要指建筑中抗侧力的主体结构的对称。对称的建筑如平面对称的框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、剪力墙结构、筒体框架结构等，一般比较容易实现结构的对称性。不对称的建筑如平面形状复杂的L型、T型、ㄅ型等建筑，楼梯间、电梯间偏于平面的一侧或一角的建筑等，内含结构的基本对称仍是可以实现的。这主要取决于结构工程师结合建筑平面的功能和需要进行合理的结构布置，如筒体、剪力墙的合理布置，可以设法调整结构的刚心与建筑物的质心平面的形心尽量接近，从而实现结构的基本对称。结构的较大不对称、不规则，将引起结构在水平侧力(风荷载、地震荷载)作用下产生较大的扭转变形，不利于荷载结构抗侧力，不利于非结构构件如填充墙、幕墙的正常工作，同时要招致结构耗材、成本的较大增加。所以建筑物的主体对称性十分重要，要注意在尽可能条件下尽量予以满足，这点在建筑平面布置中尤需特别加以注意。
国内、国外历次大地震震害表明，平面不规则、质量与刚度偏心和抗扭转刚度太弱的建筑结构，在地震中受到严重的破坏。国内一些振动台模型试验结果表明，扭转效应会导致建筑结构的严重破坏。对建筑结构的扭转效应需从以下两个方面加以限制：
1）限制建筑结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。
2）限制建筑结构的扭转刚度不能太弱。关键是限制扭转为主的第一自振周期Tc与平动为主的第一自振周期T1之比。当两者接近时。由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。
目前在工程设计中应用的多数计算分析方法和计算方法，都假定楼板在平面内不变形，平面内刚度无限大，这对于大多数工程来说是可以接受的。但是当楼板有大的凹入，大的开洞时，楼板在平面内消弱过大、楼板产生显著的变形，这时刚性楼板的假定不再适用，要采用考虑楼板变形影响的计算方法和相应的计算程序。考虑楼板的实际刚度可以采用将楼板等效为受弯水平梁的简化方法，也可以将楼板划分为单元后采用有限元法进行计算。中国建筑科学研究院PKPM工程部研制的SATWE软件(2003年12月版)可以考虑柔性楼板的假定。当楼板平面过于狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有过大消弱时，应在设计中考虑楼板变形产生的不利影响。楼板凹入和开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半，楼板开洞总面积不宜超过楼面面积30%；在扣除凹入和开洞后，楼板在任一方向的最小静宽度不宜小于5m，且开洞后每一边的楼板静宽度不应小于2m。（图1）
其中，a1≥2m，a2≥2m，a1+a2≥5m。（注：楼层层间抗侧力结构承载力是指在所考虑的水平地震作用方向上，该层全部柱及剪力墙的受剪承载力之和。）
图1建筑结构平面
图2抗震墙示意图
角部重迭和细腰的平面图形，在中央部位形成狭窄部分，在地震中容易产生震害，尤其在凹角部位，因为应力集中易使楼板开裂、破坏。这些部位应采用加大楼板厚度，增加楼板配筋，设置集中配筋的边梁，配筋45度斜向钢筋等加强措施。
高层住宅建筑常采用サ字形、井字形平面，以利于通风采光，而将楼梯间、电梯间集中布置于中央部位。当中央部位楼电梯间使楼板过分消弱时，此时应将楼电梯间周边的剩余楼板加厚，并加强配筋。外伸部分形成的凹槽宜设置连接梁或连接板，连接梁宜宽扁放置并增多配筋，连接梁和连接板最好每层设置。
抗震设计时，当建筑平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时，宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。这一点在结构的方案设计时有非常重要的指导意义。
抗震缝两侧结构体系不同时，抗震缝宽度按不利的体系考虑，并按较低一侧的高度计算确定缝宽。抗震缝应沿房屋全高设置，基础及地下室可不设置抗震缝，但抗震缝处应加强构造和连接，当相邻结构的基础存在较大沉降时，宜加大抗震缝的宽度。8、9度框架房屋抗震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时，可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于抗震缝的抗震墙，每一侧抗震墙的数量不应少于两道，宜分别对称布置，墙肢的长度可不大于一个柱距，框架和抗震墙的内力应按考虑和不考虑抗震墙两种情况分别进行分析，并按不利情况取值。抗震墙在抗震墙一端的边柱箍筋应沿房屋全高加密。
历次震害表明；结构刚度沿竖向突变、外形外挑内收等，都会产生变形在某些楼层的过分集中，出现严重震害甚至倒塌。所以设计中应力要求自下而上刚度逐渐、均匀减少、提型均匀不突变。1995年日本阪神地震中，大阪和神户市不少建筑物产生中部楼层严重破坏的现象，其中一个原因就是结构刚度在中部楼层产生突变。有些是柱截面尺寸和混凝土强度在中部楼层突然减小，有些是由于使用要求而剪力墙在中部突然取消，这些都引发楼层刚度的突变而产生严重震害。
由此可见，结构的不规则拥有非常广泛的内容，像斜向抗侧力结构、不对称结构等均属于不规则结构。而《建筑抗震设计规范》中所规定的只是主要的几种类型。这里需特别指出的是质量不规则类型。关于质量不规则的类型在《建筑抗震设计规范》的条文说明中也有相关的阐述，希望能够引起广大设计人员的注意。
另外还需要指出，《建筑抗震设计规范》第3.4.2条及第3.4.3的条文说明中规定，对于结构扭转不规则按刚性楼盖计算最大层间位移与其平均值的比，这与美国的UBC和IBC规范规定的相同。当结构平面形式不满足刚性楼板假定，需要定义弹性楼板假定时，位移比如何计算规范没有说明。笔者认为，《建筑抗震设计规范》提出对位移的限值主要是为了判定结构的平面是否规则，当结构设计人员采用弹性板计算时，结构本身就已属于平面不规则了，设计人员可直接按照规范规定的平面不规则的相关要求执行即可。
了解美国规范中关于结构不规则性的定义，对于我们在双向地震作用的判断中也提供了一定的依据。根据《建筑抗震设计规范》第5.1.1条第3款和《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.3.2条第2款规定：质量和刚度分布明显不均匀、不对称的结构，应计算双向水平地震作用下的扭转的影响。按照规范的要求，双向地震作用只有在结构的质量和刚度分布明显不均匀、不对称的时候才考虑。但是什么情况下才算质量和刚度分布明显不均匀、不对称规范中并没有说明。《高层建筑混凝土结构技术规程》在第4.3.5条规定，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度的高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.4倍。结合《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.5条和美国《UBC-1997规范》的相关内容，我们可以认为当楼层最大位移与平均位移之比超过扭转位移比下限比较多，当A级高度高层建筑大于1.4，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑或复杂高层建筑等大于1.3倍时，就属于扭转明显不规则，需要考虑双向水平地震作用下的扭转效应。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》条文说明中的内容，双向水平地震作用下可以不考虑偶然偏心的影响。新版的SATWE软件在其位移输出文件中（WDISP．OUT）增加了双向水平地震作用下的位移比的计算功能。
结束语:建筑结构不规则性的判断，在建筑结构设计中占有非常重要的地位。因为对建筑结构不规则性的判断，能直接影响到结构的建模、结构布置、薄弱楼层的判断、位移比的控制，以及最后的施工图设计，从而影响到整个的结构布置是否合理、安全、经济等。本文通过对不规则高层建筑结构设计中应采取的措施研究，希望能引起相关设计部门注意，尽可能提高高层建筑的抗震安全性能。
参考文献:
[1]建筑抗震设计规范.GB50011-2001.北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2]高层建筑混凝土结构技术.JGJ3-2002.北京：中国建筑工业出版社，2002.
[3]中国建筑科学研究院PKPM系列S－3.多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件（墙元模型）SATWE.2003.
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[5]高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2002.宣贯培训教材.北京：中国建筑科学研究院建筑结构研究所.高层建筑混凝土结构技术规程编制组，2002.
[6]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工.北京：中国建筑工业出版社，2002.
