高層建筑結構設計不規則性的研究和應用

文/杜熹 重慶燃氣設計研究院有限責任公司 重慶 400020

在高層建筑房屋結構設計的過程中，受外界多種因素的影響，房屋建筑結構往往會呈現出不規則的特點，具體表現在部分建筑樓板的不規則設計、建筑剛度不規則、建筑凹凸不規則等方面。從實際應用情況來看，高層建筑不規則結構設計不僅能夠提升房屋建筑設計的視覺效果，而且還能夠增強整個房屋的安全性、穩定性。為此，在高層建筑結構設計的過程中，需要相關人員在準確判斷建筑設計不規則性的基礎上，加強對高層建筑不規則結構的優化設計和應用。

1、高層建筑不規則結構設計基本內容

高層建筑結構設計需要充分考慮周圍施工環境、氣候條件以及影響施工等各類因素，在綜合分析各類因素的基礎上對建筑房屋結構進行優化設計，進而滿足人們對房屋建筑使用功能和外觀的需求。在建筑行業的深化下，高層建筑不規則結構設計成為當前房屋結構設計的主要內容，這種不規則建筑結構的特點一般體現在其平面和垂直受力，即在結構設計的時候設計人員需要及時找到結構設計的不規則點，之后圍繞這個不規則點來對整個建筑規模、方案進行設計。

2、高層建筑不規則結構設計分類

2.1 建筑自身結構的不規則設計

建筑自身結構的不規則設計具體是指在建筑結構初始設計的時候，為了能夠確保建筑造型的獨立、穩定而對建筑結構進行不規則設計。從建筑結構實際設計操作來看，不同結構建筑的材料擺放和使用不同，會使得建筑結構呈現出不同的形態。

2.2 建筑豎向結構的不規則設計

第一，建筑側向剛度的不規則。不同樓層的建筑，其側向剛度不同，在受到豎向荷載影響的時候，樓層軸向會出現不同程度的形變。建筑側向剛度不規則的判定標準是目標層剛度和上層剛度的對應關系。第二，建筑豎向構件抗側力的不規則。建筑豎向構件抗側力的不規則的判定標準是不同位置房屋結構在構建的時候，縮進差異超過25%，外墻差異超過10%。第三，建筑樓層承載力發生突變的不規則。臨近樓層建設的過程中，在外力作用下房屋建筑結構承載力會發生不規則的變化。

2.3 建筑平面結構的不規則設計

第一，凹凸不規則結構。建筑平面凹凸不規則結構的判定標準是建筑物內部結構平面凹進去的尺寸要投影方向上的尺寸大30%左右。第二，扭轉不規則結構。建筑平面扭轉不規則結構的判定標準是建筑物內部每個樓層的最大彈性水平位移要比樓層兩邊的彈性位移表達大至少1.2 倍。

3、高層建筑不規則結構具體設計應用

3.1 某高層建筑概述

在某電視臺大型建筑中，支柱的基本結構以兩棟傾斜大樓為主，在懸空180 的位置上向外延伸10m 左右，使得房屋結構在正面上呈現出“0”型狀態，在側面上呈現出“S”型結構。在對該建筑結構進行設計的時候為了能夠增強建筑性能，應用了不規則設計理念。

3.2 減少建筑結構的相對偏心距離

高層建筑不規則結構具體設計應用的第一步是采取有效措施減少建筑物結構的相對偏心距離。從實際施工情況來看，高層建筑扭矩效應和偏心距離之間呈現出的是一種線性關系。因而想要確保高層建筑的扭矩效應，需要采取措施減少建筑物的位移數值，加強對高層建筑結構相對偏心距離的控制。

在高層建筑結構設計操作的時候，施工人員需要應用一定的模型來計算出高層建筑的質量中心和剛度中心，強化對建筑物整體結構剛度分布情況的細化分析，從而減少高層建筑物之間的偏心距離。

3.3 優化高層建筑結構的抗側、抗扭剛度比

高層建筑扭矩效應和高層建筑的結構周期存在密切的關聯，二者呈現出線性關系，因此通過減少建筑結構周期能夠降低高層建筑的扭矩效應。在高層建筑結構設計的過程中為了能夠增強建筑的穩定性，需要施工設計人員采取有效措施加大高層建筑結構的剪力墻面積和厚度，從而在一定程度上減少高層建筑結構的扭轉周期。

3.4 在高層建筑結構中適當增加防震縫

高層建筑不規則結構的設計以平面形狀為主，但是在實際操作中受多種因素的影響使得平面結構無法正常構建。在防震縫的作用下則是能夠將建筑結構演變為一種單元結構，通過應用不同的建筑不規則結構設計理念能夠進一步發揮出防震縫在高層建筑結構設計中的作用。

3.5 強化高層建筑不規則結構的抗剪力

高層建筑結構不規則設計的過程中會影響整個房屋結構的穩定性、抗震性，為此，在高層建筑結構設計的過程中需要相關人員應用合理的結構設計來強化整個房屋建筑結構的抗震性能，確保高層房屋建筑結構在強烈的振動下依然保持結構的穩定。而想要強化整個房屋建筑結構的抗震性能需要增強高層建筑抗扭構件的承載力。

結語：

綜上所述，在建筑行業的快速發展和人們生活水平的不斷提升下，人們對房屋建筑結構設計問題予以了更多的關注，結合社會發展對高層建筑施工設計提出的要求，我國傳統的建筑結構設計理念需要及時改變。不規則設計作為一種新型高層建筑結構設計理念，不僅能夠增強整個房屋建筑結構的安全性、穩定性，而且還能夠進一步提升建筑結構設計的美觀度，使得設計出的高層房屋建筑更受人們歡迎。為此，結合高層建筑不規則結構設計基本內容和具體分類，相關人員要從減少建筑結構的相對偏心距離、優化高層建筑結構的抗側和抗扭剛度比、增加防震縫、強化高層建筑不規則結構的抗剪力等方面思考怎樣優化高層建筑的不規則設計，旨在能夠更好的促進高層建筑建設。