高層建筑不規則結構設計探討

童 利

（中鐵工程設計院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430070）

0 引言

在進行不規則結構設計的時候，需要了解相關的不規則結構類型，然后了解其具備的優點與缺點，最后是根據建筑設計的需求，選擇合適的設計方式，并且可以實現美觀與安全的統一。

1 常見的不規則結構類型分析

對于建筑設計行業而言，針對不規則結構的劃分，主要分為兩類，豎向不規則與平面不規則。所謂豎向不規則，就是指樓層載荷力突變、側向剛度不規則、層間質量劇變結構等；平面不規則就是指樓板部分不連續、凹凸不規則、扭轉不規則等，具體內容如下：

1.1 豎向不規則分析

①樓層載荷力突變結構：某一個樓層結構的抗側力結構受剪承載力呈現從下到上依次遞減的原則，每一層比其上一樓層減少大約百分之八十。②側向剛度不規則結構：該類豎向不規則結構可以細分為兩類情況，第一類情況就是結構樓層的側向剛度比其相鄰上一層的減少大約百分之七十，或者比相鄰的上部三個樓層側向剛度平均值減少大約百分之八十；另一類情況就是除頂層以外的其他樓層的局部收進水平向尺寸比其相鄰下一層超出百分之二十五。③層間質量劇變結構：在某個結構中，下一層樓會比相鄰的樓層質量小1.5 倍左右，那么此類結構稱為層間質量劇變結構。

1.2 平面不規則結構類型

①板樓部分不連續：具體就是指開洞后的每一邊的凈寬長度都小于兩米，并且任意一個方向的最小凈寬長度都小于五米。②凹凸不規則：此類不規則結構主要是指該樓層的結構平面是呈現不規則形狀，凹進去或凸出來的。因此，對于不規則一邊的尺寸，有兩類特殊情況，第一是大于相應投影方向上總尺寸的百分之三十五，第二是結構平面中部兩側收進的總尺寸超過平面寬度的百分五十，那么這兩類情況都可以歸結為凹凸不規則結構。③扭轉不規則結構：這類不規則結構通常是將偶然受偏心影響的規定水平地震力作用考慮在內，也主要分為兩類情況，第一類就是結構樓層最大的水平位和層間位移超過該樓層平均值的1.2 倍，第二類就是結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比大于0.9，那么這兩類情況都屬于扭轉不規則結構。

2 高層建筑用不規則設計的優點與缺點分析

2.1 高層建筑不規則結構設計的優點

對于高層建筑而言，其不規則結構設計已經受到了越來越多人的喜愛和支持，被廣泛運用到高層建筑設計中，成為一種新型建筑美學的象征，因此，對于高層建筑不規則設計的優點還是有很多的，具體表現為：

①對于高層建筑而言，它傳遞了一種新的設計美觀，打破了人們固有的常態思維，建筑設計不再是單調的講究對稱、協調等設計方式，而是開始追求大膽突破、潮流新穎、自由個性化等，為傳統的建筑設計注入了新的元素，推動了現在高層建筑藝術文化的個性化發展。

②隨著社會的進步與發展，不規則建筑物也帶動了藝術文化的發展，對于高層建筑的不規則設計而言，已經融入到了人們的生活中，成為了高層建筑設計的新型審美觀念，可以使城市的建筑更有特色，更具知名度和影響力，也推動了城市的發展。同時個性化的不規則建筑設計，也代表了人們日益增長的精神需求，體現了現代都市的個性潮流和趨勢。

2.2 高層建筑不規則結構設計的缺點

雖然高層建筑不規則結構設計具有很多優點，也開始融入到建筑設計行業中，慢慢符合了人們的審美需求，但是也具有一些缺點和不足，具體如下：

①在進行高層建筑不規則結構設計的時候，如果采用了平面不規則結構類型進行設計，雖然具有一定的美觀度，但是從建筑質量方面考慮，會出現一些問題，例如建筑物的平面形狀、質量、剛度、承受力等方面，都會出現偏心、偏移等現象。因此，在這種條件下，設計而成的建筑物會有很多的安全隱患和質量問題。

②對于高層建筑施工而言，一般不規則的建筑物進行施工的時候，其投入的人力、時間、造價等成本會比一般的建筑物投入的較多。同時，如果發生地震、扒暴雨等自然災害，其抗災的能力也較差，所遭受的破壞會更多。

3 高層建筑不規則結構的設計運用

在高層建筑的不規則結構設計的時候，都是按照設計院的設計圖紙進行規范性施工。與此同時，在進行不規則結構設計的時候，還需要考慮不規則結構自身的特征，進行針對性設計分析和運用。

3.1 充分利用地面空間實現平衡

在進行高層建筑的不規則結構設計的時候，重點需要考慮其穩定性與平衡性。因此，需要科學、合理的利用建筑區域的地面空間，可以使得建筑物在地面上保持最佳的平衡和穩定，這樣就算進行了一些列不規則的建筑設計，建筑物也是非常穩定的，不會出現偏心的現象，建筑物更加安全與可靠，因此，充分利用地面的區域面積和空間在建筑設計中占據著十分重要的位置。

3.2 確保高層建筑結構的相對偏心距維持在合理范圍之內

因為是屬于不規則結構的高層建筑，那么都會存在扭轉效應偏高的現象，同時，扭轉效應與高層建筑結構相對偏心距也存在著線性關系。所以，在進行設計的時候，需要確保可以將高層建筑結構的相對偏心距維持在合理范圍之內，具體操作如下：第一，初步進行規劃設計的時候，數值需要精確到高層建筑的每一個結構面，而且是反復計算和考量的，避免出現任何計算上的失誤；第二，對建筑的平面圖進行設計布局的調整，并且結合現場的實際情況反復斟酌，確保設計布局的安全、可靠性；第三，邀請專家進行技術指導，并且再次進行相關的計算和考量，做到精確、無遺漏，避免出現任何一點的誤差。

3.3 提升建筑結構周邊抗扭轉構件的抗剪力

因為屬于高層建筑，隨時會面臨著各式各樣的自然災害，因此，在初步進行規劃設計的時候，需要考慮到抗震等特殊運用。一般情況下，在進行不規則結構設計的時候，首先需要了解相關的建筑的抗震規范要求，然后根據建筑物的實際情況進行科學、合理的調整，其主要的目的是提升高層建筑結構周邊抗扭轉構件的抗剪力，從而可以促進抗剪強度的提高，該類方式可以有效提升在外力作用較大的情況下，高層建筑的抗壓能力，從而避免外在建筑的破壞和損失。

4 結語

總而言之，對于高層建筑行業而言，不規則結構設計是一項重大的突破，也打破了傳統的設計理念，開始追求不一樣的審美，并且慢慢被大眾所接受。本文詳細說明了常見的不規則結構類型，然后列舉了其優點與不足，最后闡述了不規則設計的運用，強調了設計美感與安全性相結合的重要性，以促進高層建筑的長遠發展。