高層建筑結構設計不規則性的研究與應用

趙啟龍

摘要：在現如今的建筑工程結構設計的過程中，高層建筑的結構體現出一定的不規則性，這和高層建筑的設計方法有直接的關系。建筑結構設計的不規則性體現出一定的美感，但是如果運用不當就會造成一系列的問題。因此，本文主要對高層不規則建筑的特點以及種類等進行深入分析，重點闡述了這種結構在建筑結構中的應用。旨在給建筑工程的設計人員提供一定的借鑒和參考，進而提高高層建筑的結構設計水平。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；不規則；應用措施

眾所周知，在建筑工程設計的過程中，需要考慮到建筑工程的所處的地理條件，氣候特點等諸多客觀因素，為了滿足建筑需求，在設計中常常會采用不規則性結構設計方法。結構設計的不規則可以表現在很多方面，其中以平面布局、水平受力、豎直受力以及剛度等方面較為突出。在具體的建筑結構設計的過程中，設計人員需要找到結構不規則點，進而對建筑的規模和方案等進行認真地設定。進而采取切實可行的措施來對這種不規則結構進行改進和完善。因為，不規則的結構會降低整體結構的作用力。減少一定的安全性和可靠性，因此需要設計和施工人員加強對建筑不規則結構的重視。

一、高層建筑結構中不規則性發展的現狀

隨著我國經濟快速發展，人們生活水平不斷提高，城市化進程加快、范圍擴大，對建筑的類別和建筑高度等方面的要求也不斷提高，也推動了建筑行業的不斷發展和革新。建筑工程設計為了適應當前城市發展和迎合市場需求，打破了傳統的高層建筑設計上要求建筑結構規則、對稱的設計理念。建筑設計師為了設計出新穎別致、獨樹一幟的建筑，使之成為城市里的一道靚麗風景，通常使高層建筑方案很不規則，這就給結構設計人員帶來了極大的難度和挑戰。

二、高層建筑結構設計不規則的特點和形式

由于社會經濟的不斷發展，人們的基本生活需求已經得到滿足。因此，人們追求更高層次的需求，其中最重要的方面就是對建筑結構的需求。通常情況下，建筑結構都以對稱的結構為主，這種設計缺乏了一定的新意，因此，不規則的建筑結構就受到了設計師們的青睞。這也是對設計方式的創新。對于設計師來說，設計是一門藝術，要賦予一定的美感，建筑的美首先表現在結構的設計上。因此，不規則的建筑結構應運而生。這種結構得到了人們的普遍關注，在城市的建筑中應用范圍較廣，逐漸成為現如今建筑結構設計的重要趨勢。

不規則性的建筑結構雖然能夠給人帶來一定的美感，滿足了人們的審美需求，但是這種結構在設計的過程中給設計師們帶來了較大的難題，對于一些不平整的部位或者是樓板的間斷性等問題，都需要進一步解決。最重要的是，建筑結構在滿足一定美觀性的基礎上，需要對質量提出一定的要求。但是這種結構方式很難做到這一點。另外，不規則建筑結構所用成本也相對較高，增加了工程的造價。

三、高層建筑結構存在不規則的種類

（一）平面不規則。所謂的平面不規則首先是平面的扭轉程度不規則，主要是在設計的過程中，各個樓層中的層面最大位移遠遠高出了平均位移，這種情況下就會產生平面不規整的問題。其次就是凸凹程度不規則，衡量的方式主要是按照凹陷的長度和總體長度之間的比例來完成。最后，樓板局部也會出現不連接的問題。對這一點進行控制主要是看樓板的長度或者是平面的強度等是否出現較大幅度的波動現象。

（二）豎向不規則的類型。對于豎向不規則來說，其表現的方式較廣，主要是側向剛度不規則或者是結構的抗側力、承載力、重力等等因素。對于側向剛度來說，其參數不能超過樓板的十分之七。另外，抗側力分布不均也是影響結構不規則的重要因素，因為，結構的受力情況，主要是依據相關的設施來進行力的傳遞的。樓層的承載力如果出現較大幅度的變化，也增加了抗測力結構的受剪程度。

四、高層建筑結構設計不規則形的應用

高層建筑的不規則結構在實際的應用中，體現出一定的弊端，尤其是在地震的情況下，建筑結構中不規則的部位較容易受到損壞，而且剛度作用較大的結構受到的損害尤為強烈。為了改善這一問題，需要建筑設計工作人員在進行高層建筑不規則結構設計的過程中，加強對這些部分的控制，同時也要對主體結構加強重視。通常情況下，才去的具體的措施主要有：保證平面結構的對稱性，使得結構的分布具有一定的規則性，這樣才能保證空間的穩定性，進而減少整個建筑結構的扭轉性。要根據設計方案來對建筑結構的扭轉剛度值控制在相應的范圍內，最大限度地減少建筑結構的抗扭剛度。具體來說可以從以下幾個方面來進行具體的分析：

（一）盡量減少高層建筑結構的相對偏心距

在多數的建筑結構中，高層建筑的扭轉程度和偏心距之間存在著明顯的聯系性。因此，為了減少建筑結構的扭轉效應的發生，就應該從偏心距的角度入手，改變其參數值。這種做法不僅有效地改善了平面分布的不合理狀況，同時也減少了高層主體結構的相對偏心距的大小，進而確定結構中心和剛度中心的具體位置。

（二）最好改進高層建筑結構抗側剛度與抗扭剛度的大小

根據有關的調查的結果分析，可以得出這樣的一個結論：高層主體結構出現的扭轉效應和結構自我震動周期的平方值保持線性函數關系，因此，在設計高層主體結構時，可合理地降低建筑結構自我診斷的周期長短，來削弱高層主體結構的扭轉效應。在有關剪力墻的設計過程中，就應該在有效區域內科學調節墻體的長度或者厚度大小，尤其是那些離高層結構剛度中心較遠的墻體。改善高層主體結構的抗扭剛度在實際應用中通常是采取在結構邊緣裝置柱梁的方式，來降低高層主體結構的自我震動周期，另外提高邊緣連梁的剛度值大小同樣可以達到改善高層主體抗扭剛度的目的。

（三）合理增強高層主體結構邊緣構件的抗剪強度

如果僅僅局限于協調高層建筑主體結構的協調分布，就不能達到良好的設計效果，一旦出現較大額外力作用，其主體結構就會受到不可逆的破壞。通過相關科研人員不斷深人的研究，發現如果高層建筑長期處于非彈性階段，一開始有規則的建筑在受到多重地震作用影響下就會因變形而出現偏心的問題。要保證高層主體結構具有很強的抗震性能，就應該合理增強邊緣構件的抗剪強度，這樣整體結構即使受到較大的外力作用，仍然在自身彈性作用的影響下，回復正常狀態。

（四）科學建立防震縫

在實際的建設過程中，結構工程師往往會碰見空間與平面形體繁雜的高層建筑圖紙，在多種因素的制約下，很難將這種繁雜結構設計成有規則性的整體，這就需要依靠建立一些防震縫來保證工程項目的質量。在建立防震縫的時候，應該注意以下兩點內容：一是如果建立防震縫兩側的設施并不相同或者對地震的抗力不同，就應該按照不利一側結構進行建立；二是如果出現臨近建筑沉降超出限值的情況，就應該建立沉降的防震縫。

五、結論

在項目建設過程中，高層建筑結構呈現的不規則性會或多或少地對主體結構的占地規模、基礎設施分布等方面造成不利，進而影響了建筑的經濟效益和社會效益。在規劃不規則性的高層建筑結構時，相關的設計人員應該采用先進的設計技術，盡可能地降低因建筑的不規則性而帶來的高層建筑結構扭轉效應，以削弱其引發的負面影響，在保證工程質量的同時，還能體現建筑不規則的外觀特色。

參考文獻：

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