高層建筑不規則結構設計探討

方光銀

湖北省咸寧市佳成建筑勘察設計有限公司 湖北 咸寧 437000

一、常見的不規則結構類型

（一）豎向不規則結構

首先是樓層荷載力的突變。在某個樓層中，抗側力結構的承載分布，表現出自下而上遞減的規律[1]。也就是說每一層的受剪承載力，都是要比上一層有所減少。其次是側向剛度的突變。這類的不規則結構，有兩種不同的類型。第一種類型，就是樓層側向的高度，要比相鄰上層有一定減少，或者是要比相鄰的上三層側向高度減少平均80%。另外就是除了建筑的頂樓，其他的樓層存在局部收進比相鄰下層高25%左右的情況。還有一種不規則結構，就是層間的質量不規則變化情況。在這種不規則結構中，下層樓層總是要比相鄰樓層要在質量方面有所減小，一般情況下是小1.5 倍。

（二）平面不規則結構的類型

首先是板樓不連續的情況，就是在建筑的板樓中，開洞之后的每個邊，長度都在兩米之內，同時任何一個方向上的寬度，都是在五米之內。

其次是凸凹不規則的形式，這種不規則結構，就是樓層的平面形狀是不規則的，有一些凸凹的情況，一邊的尺寸是不規則的，有兩種情況是比較特殊的。第一種是大于投影方向的總尺寸35%[2]。其次是在樓層的平面中間，兩側收進的尺寸要超過寬度的50%。這些都是屬于凸凹不規則的范疇。

最后是扭轉不規則。這種不規則結構，一般情況下是將偏心影響下的水平地震力都考慮到結構設計中，一些情況下，是樓層結構本身的水平位以及層面位移，超越了樓層平均值的120%。或者是以結構扭轉為主要的形式。第一自振周期，相比于平動為主的自振周期，比例要超過0.9 。

二、高層建筑不規則結構設計的優缺點

（一）高層建筑結構不規則設計的有點

對高層建筑來說，在建筑結構中采取不規則設計，逐漸受到人們的支持以及喜愛，被運用到很多的建筑中，成為建筑美學的一種新趨勢。因此在高層運用不規則設計，其實是有很多有點的。

首先是從美學的角度，不規則設計的出現，傳遞的是新的設計審美觀，對高層建筑更是如此，將以往人們只注重對稱美的設計觀點改變，讓建筑的設計，不再僅僅是講究對稱和協調，而是開始實現大膽創新，崇尚自由化以及個性化的設計方式，為建筑設計融入了新的元素，因此不規則設計其實是個性化設計的一種體現，對建筑設計的整體發展，會起到一定的推動作用。

其次是社會迅速發展，高層不規則建筑，也對藝術文化有一定的推動作用，對于當下的不規則設計來說，不規則建筑開始進入到人們的現實生活，成為很多高層建筑的一種新審美觀，讓城市建筑展現出更多的特色以及美觀性，提升城市建筑的影響力以及知名度，并促進城市的高速發展，推動建筑結構個性化設計，其實也可以從中看出人們的精神需求其實是在不斷提升的。

（二）不規則設計的缺點

不規則設計有著諸多的缺陷存在，這些開始被行業關注，不規則設計符合了現代人們對建筑審美的需求，但是這些缺點也是不可忽視的。首先是在高層建筑中展開不規則設計，若是運用平面不規則設計，雖然最后建筑結構的美觀度會有一定的提升，但是從建筑的質量上看，其實會留下諸多的問題。比如建筑的剛度、平面形狀以及質量等，這些其實都會有一定的偏心和偏移的情況，這種情況下，建筑設計出來其實是有一定質量隱患以及安全隱患的。

其次是對高層建筑來說，若是運用不規則設計，在實際的施工中，運用的人力以及時間成本都是要更高，建筑造價也會有所提升，一旦有地震災害發生，不規則高層建筑的抵御能力，要抵御傳統的結構設計形式，受到的破壞會更加嚴重。所以在高層建筑中運用不規則設計，一定要對這些外部因素展開考慮，不規則設計的實際應用中，需要盡量維護好建筑結構的安全性。

三、高層建筑結構不規則設計的應用

（一）充分利用地面空間實現平衡

在高層結構應用不規則設計中，需要對建筑的穩定性以及平衡性進行重點考慮，需要對地面空間展開合理以及充分應用，讓建筑在地面上，保持良好平衡。這樣即便是開展不規則設計，也是可以讓建筑保持足夠的穩定性，不會有偏心的情況出現，建筑就會非常可靠以及安全。在不規則設計中，地面的區域面積以及空間，這些都是要考慮到的關鍵內容。

（二）保證高層建筑結構的相對偏心距在合理范圍

不規則設計建筑很多時候會有扭轉效應較高的情況，扭轉效應和建筑偏心距是存在一定線形關系的，因此不規則設計中，需要保證建筑相對偏心距，在一個合理的范疇。在初步展開不規則設計的設計，要保證數值精確到每個結構面上，并且需要反復展開計算以及考察，避免其中任何的計算錯誤。其次對建筑平面圖展開設計和調整的階段，需要結合工程現場的情況，不斷對設計方案進行斟酌，保證布局的可靠性以及合理性。最后是要讓相關專家展開技術指導，再次展開計算以及考量，做到算無遺漏，在其中要避免任何誤差出現。

（三）提升建筑周邊抗扭矩構件的抗剪力

高層建筑本身要具備對各類災害的抵御能力，在不規則設計的初步開展中，需要對抗震的情況進行考慮，通常情況在不規則設計中，要對抗震規范加強了解，并結合建筑的具體情況，對設計方案展開適當調整，主要是提升高層建筑周圍的抗扭轉構件本身的抗剪力，讓建筑具備更強的抗剪強度。

四、針對建筑結構不規則的解決辦法

不規則結構的設計建設中，建筑質量受到內部構造以及功能需求等方面影響，各結構難以形成統一整體，而解決不規則設計的主要思路，就是解決荷載作用下，應力集中的問題。因為困擾不規則設計的主要因素，就是在外荷載作用下，不規則結構容易出現應力集。可以讓建筑不規則結構的各部分構件，形成一個整體，實現穩定連接，避免這一問題。那么就要對建筑的體型做出適當調整，做到在不規則設計情況下，盡量保證結構規則，另外是在應力集中的位置，材料應用要適當增加。設計人員，要結合工程的構造，對涉及到的各方面展開規劃設計，解決應力相對集中的問題，建筑結構保持穩定和可靠。

結論：總之，高層建筑中運用不規則設計，是當下建筑設計的一種趨勢，其中很多的問題是需要慎重考慮的，需要加強對不規則設計的合理應用。