高層建筑不規則結構設計研究

文/高履偉 青島騰遠設計事務所有限公司 山東青島 266000

針對高層不規則建筑的結構設計中存在著諸多值得借鑒的技術要點，應用的結構設計手段以及設計思想也十分主要。科學合理的結構設計不單單可以令高層不規則建筑體質量得到進一步提升，還能確保其擁有較強的實用性。

1、高層建筑不規則結構設計類型劃分

1.1 平面不規則結構

第一，凹凸不規則。針對凹凸過細來說，其簡單的說是通常狀態下凸出部分長寬比要大于2.0，抗震設防烈度在Ⅷ度的情況下該比值應當控制在1.5 以上；就凸進過多而言，其簡單的說是平面凹進一側尺寸不小于百分之三十的投影方向總尺寸；而平面狹長可以理解是平面長寬比保持在6.0 以上，抗震設防烈度在Ⅷ度的情況下該比值應當保持在5.0 以上。第二，扭轉不規則。針對位移比不小于1.2 的高層建筑來說，這個時候可以將其當成平面扭轉不規則。第三，樓板不規則。針對產生平面樓板不規則的高層建筑來說，其往往具備如下特點：一是樓層錯層較大；二是采用細腰形平面；三是開洞面積在該層樓面面積的百分之三十以上；四是有效樓板寬度在開洞凹之后小于該樓層典型寬度的百分之五十。

1.2 豎向不規則結構

第一，側向剛度不規則。大部分狀態之下很容易致使高層建筑演變成豎向不規則結構，像為了轉變為空曠房間，相關設計者需要在結構頂部將墻和柱去除；結構上部樓層，同時上部樓層水平尺寸的百分之九十不小于下部樓層；倘若結構上部樓層收進部位到室外地面的實際高度1 和房屋高度之比不小于0.2 時，那么這個時候上部樓層收進后的水平尺寸應當大于下部樓層水平尺寸的百分之七十五；與此同時，樓層側向剛度不大于其上相鄰三層平均值的百分之八十，亦或是不大于相鄰上部樓層的百分之七十。第二，豎向抗側力構件不連續。通常水平轉換構件會向下傳遞豎向抗側力構件的內力，顯然這也是高層建筑豎向不規則結構的主要特點之一。

1.3 其他不規則結構

第一，復雜高層結構。從客觀的立場來講，高層建筑當中存在著較多的結構，像多塔樓結構、連體結構等，這些均可以認定其存在結構不規則；第二，超規范結構。無論是針對存在新型結構的高層建筑來說，還是就超高結構的高層建筑而言，均可以當成其存在結構不規則，剛才所提及到的新型結構可以理解為是規范未涉及，積極使用新型技術、新型材料建造的結構。而提及到的超高結構主要是指大于規范規定的最大高度。

2、強化不規則結構設計科學性的有效措施

2.1 降低建筑結構偏心距

眾所周知，當建筑結構衍生出偏心距問題時，很容易會影響到高層建筑的整體水平。所以，相關設計者在具體設計期間應當想法設法地減少建筑結構的偏心距，從根本上將影響因素降到最低，以此來增強建筑的可靠性。為了達到扭轉效應的目的，相關設計者需要科學處理建筑的整體布局，以便可以快速減少樓層的位移比，增進質心和鋼心之間的差距。通常情況下，工程中行之有效的手段為：相關設計者應當認真計算建筑結構，并不斷完善與優化不規則平面，緊接著再對調整以后的結構進行深度挖掘，直到所有指標均滿足相關要求才可通過。顯然這種手段不但可以得到建筑的質心和剛心，而且還能強化高層建筑的安全性。

2.2 對抗側強度及扭曲剛度進行科學調節

結合相關資料可以發現，振動周期發生變化時，一定會對扭轉效應產生顯著的影響。將上述理論當作參考依據，出于完善高層建筑扭轉效應的目的，相關設計者應當把振動周期當作研究對象進行深度剖析，并在此基礎上充分利用改變振動周期的手段來對扭轉效應加以調整。與此同時，相關設計者在設計剪力墻的過程中，應當結合具體狀況選擇最為適宜的墻體厚度以及墻體長度，顯然這就中心間距較大的墻體來說是重中之重的。通常情況下，常見的方法有很多，其中一個是在結構邊緣增加一定數量的梁結構以及柱結構，目的是為了對結構抗扭強度加以優化，繼而起到節約振動時間的作用。除此之外，相關設計者還要想法設法地優化邊緣連續剛的剛度，不斷完善扭曲剛度。站在理論層面的立場出發來講，出于強化連續梁抗剪力的手段能夠在無形當中強化結構的整體性能；從實際操作層面的角度出發來看，相關設計者應當結合具體狀況將剪力墻連梁的截面寬度進行延長。上述方法能夠在無形當中促使剪力墻梁結構的整體剛度發揮出應有的價值，同時還能充分保障建筑結構的可靠性。

2.3 提升不規則結構周邊抗扭構件抗剪力

因為會在很大程度上受地震雙向水平的干擾，所以高層建筑難免會衍生出變形的情況。倘若變形處于彈性時期，那么會具有恢復常態的可能性，而這個時候不會對建筑的整體結構帶來任何的影響；倘若變形處于非彈性時期，那么這個時候就會導致變形不能恢復到原來的狀態。所以，基于地震狀態之下，為了盡可能減少偏心問題發生的概率，相關設計員一定要在充分結合抗震規范的基礎上做好相應的設計工作。

2.4 科學規劃不規則部件，并做好防震措施

和常規建筑進行詳細對比可以發現，高層建筑不規則設計存在顯著的繁瑣性且很容易受到各種因素的干擾。所以，相關設計者在具體設計期間一定要對影響的相關因素進行充分考慮，以便可以做好切實可行的規劃，為后期施工可以有條不紊的進行下去提供應有的保障。在具體施工期間，一定要靈活運用抗震手段，在建筑四周設置一定數量的防震縫，這樣做的目的是為了降低地震對房屋產生的不利影響，繼而起到保護建筑物的作用。

結語：

綜上所述，隨著高層建筑規模的日益增加，平面布置不規則建筑如雨后春筍一般涌現出來，隨之對建筑的穩定性提出了諸多的要求，與之相匹配的抗震設計工作也存在著較大的難度系數。如果想要促進平面布置不規則高層建筑的可持續發展，那么一定要對相關設計進行深層次的分析，積極探索可行的手段，以此來保障此類建筑的可靠性與安全性。