高層建筑不規則結構設計的應用研究

方春樹

（上海經緯建筑規劃設計研究院股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230022）

引言

在保證建筑功能完善，結構體系合理的同時，應彰顯建筑的個性和美感，因此，進行高層建筑設計時，可融入不對稱結構以及不規則結構設計。例如，在高層建筑中，加入不規則設計元素，使建筑高低錯落有致，凸凹大小不一，一掃建筑的平庸與呆板，增強建筑的浪漫與靈動，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鳥巢建筑，沈陽盛京大劇院都是建筑與藝術的完美結合，是不規則設計的精美之作。然而，要實現不規則設計，并非易事，需要調動建筑師的靈感與智慧，并進行多次計算復核與優化設計，以保證高層建筑的使用功能與美觀相統一。

一、高層建筑不規則結構類型

平面不規則結構與豎向不規則結構是高層建筑不規則結構中的兩種主要類型，平面不規則結構主要體現在高層建筑平面扭曲，導致結構呈現不規則現象。高層建筑平面不規則中扭轉不規則結構的判斷標準主要是，在規定水平力下每一樓層自身最大的彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端的彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍。豎向不規則的類型，側向剛度不規則：判斷的標準是該樓層的側向剛度值小于與其相鄰上一樓層的70%，或者小于該樓層以上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%，排除頂層不算，樓層局部收進的水平向尺寸大于其相鄰下一層的25%。豎向抗側力構件不連續：判斷標準是豎直方向上的抗側力構件的內力通過水平轉換構件而向下傳遞。

二、高層建筑不規則結構設計的應用

（一）盡量減少不規則結構的偏心距

通過一定的實踐經驗，我們可以得知，在進行高層建筑不規則結構設計的過程中，結構的偏心距與扭轉效應之間的關系為線性關系。為了有效的降低高層建筑不規則結構可能發生的扭轉效應，盡量降低樓層的位移比，需要對建筑結構中的平面結構進行適當的調整，確保結構的剛度中心與質量中心能夠更加一致。在具體的施工中，需要對剛度結構進行初步的分析，并對不符合設計規范的建筑平面結構設計進行適當的調整，根據初步設計結果，能夠確定建筑結構的剛度中心與質量中心。再將其與相關資料以及設計經驗結合，對建筑結構的剛度進行準確的判斷與分析，再將其與理論上的質量中心進行比較，對結構的抗側力進行合理的調整。

（二）對高層建筑結構的剛度進行科學合理的改進

除了上述所說的建筑結構的偏心距和扭轉效應之間存在一定的線性關系，在建筑結構周期和扭轉效應之間也存在相應的現性關系。所以，在高層建筑結構設計中，要根據不規則建筑結構的實際周期長度情況采取不同的降低措施。特別是在剪力墻結構的情況下，應該對強立墻（周圍剪力墻尤其是與剛心距離最遠剪力墻）重點關注，保障設計的科學合理性，增加建筑結構中的扭轉剛度，對扭轉周期進行合理的降低，并提升拉梁的剛度。

（三）增加建筑抗側剛度

高層建筑的不規則設計與實際施工不可避免地會出現一些差異，因此，在對高層建筑進行不規則設計時，需要提高建筑的抗側剛度與抗扭剛度，根據工程概況適當增加剪力墻面積，從而提高建筑結構的穩定性，或通過增加剪力墻厚度的方式使建筑結構的穩定性得到有效保證。除此之外，距離建筑物剛度中心較遠的剪力墻也是影響結構穩定性的重要因素，在進行高層建筑不規則性結構設計時，也要注意該監理墻設計的合理性。

（四）提升建筑抗扭結構的抗剪力

在高層建筑結構受到很強震動的影響下，如果只是對結構采取調整或改變結構布置的方式，無法確保結構的設計完全符合設計規范。因此，在進行建筑結構設計時，必須保證縱橫安全性，借鑒以往的實踐經驗，在高層建筑結構設計的非彈性時期，結構會在水平方向上受到一定的震動影響，由于設計狀態需要不斷發生改變，會造成建筑結構出現偏心現象，因此，需要有效的提升建筑結構的抗剪性，提升建筑結構的強度，確保在受到強烈震動的影響時，建筑結構能夠保持足夠的整體彈性，以便有效的提升建筑結構的抗震性能。

（五）重視對高層建筑中防震縫的設置

防震縫主要用于結構不規則且建筑外形比較復雜的情況，通過防震縫的設置可以將建筑物劃分為形體簡單的建筑物和結構規則的建筑物。采用防震縫主要目的是在于提高建筑物的整體抗震能力。防震縫的設計一般是采用兩種模式，即雙墻建筑模式和雙柱建筑模式。如果建筑主體結構相對比較復雜，不具備防震縫的設置條件時，則需要對建筑物中相對比較容易發生受損的部位進行強化加固處理，以保證該建筑的穩定性。

結語

綜上所述，不規則建筑結構不僅是我國目前的建筑結構設計中普遍現象，它也是高層建筑結構設計中的重要組成部分中的一種。重視并加強對高層建筑結構設計中不規則性的研究和分析，能有效提升建筑結構的安全性和穩定性，保障建筑物的整體質量，延長建筑物的使用期限，保障人民的生命和財產安全。要更好的實現這一目標，則需要采取有效的措施，避免并減少不規則結構設計帶來的影響，全面提升建筑設計人員的設計水平和能力，在體現建筑結構個性特色的同時提升建筑物的抗震能力，保障建筑的整體質量。同時也使建筑企業獲取更多的經濟效益和社會效益，促進建筑行業健康穩定的發展。