高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究

摘要：在高層建筑工程建設中，可能會受到施工區(qū)域地質地形、施工成本、空間剩余等因素的影響，造成建筑工程不規(guī)則性，主要體現(xiàn)在高層建筑平面布局、水平垂直受力、剛度等方面。對此，本文首先對高層建筑結構設計不規(guī)則進行了介紹，然后對高層建筑結構規(guī)則性設計要點進行了分析，并結合工程實例，對高層建筑工程不規(guī)則結構設計進行詳細探究，以期為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；不規(guī)則性

1、引言

現(xiàn)如今，城市化進程不斷加快，土地資源可利用面積逐漸減少，高層建筑工程建設數(shù)量不斷增多，由于受到土地資源、空間剩余因素的影響，同時，人們對于建筑風格的追求越來越高，在建筑工程結構設計中，不規(guī)則設計越來越常見，因此，對高層建筑工程結構不規(guī)則設計方法進行詳細探究至關重要。

2 、高層建筑結構設計不規(guī)則概述

在高層建筑工程建設過程中，不僅需要確定適宜的工程建設位置，而且還應該對工程選址地質環(huán)境、大氣環(huán)境等因素進行綜合分析，并結合實際情況對結構設計方案進行調整，提高高層建筑工程穩(wěn)定性。在對高層建筑結構設計形式進行調整過程中，不僅需要對建筑構造設計進行調整，而且還應該考慮工程施工進度，確保建筑工程投入運行后，各項功能都能夠符合要求，需要注意的是，在對高層建筑結構進行調整過程中，調整這一過程就是不規(guī)則性的體現(xiàn)。通過對高層建筑工程結構進行不規(guī)則調整，可以對整個建筑工程的實際受力進行更改，從而獲得最理想的建筑工程結構設計方案。高層建筑結構設計不規(guī)則不僅體現(xiàn)在上述調整設計中，而且還體現(xiàn)在建筑工程外觀方面，傳統(tǒng)建筑工程設計一般遵循對稱設計原則，現(xiàn)如今，人們對于建筑工程的觀賞性要求越來越高，追求新穎的設計形式，通過改變傳統(tǒng)的對稱設計形式，能夠提高建筑工程的美觀度。

3 、高層建筑結構不規(guī)則性設計要點

3.1縮短高層建筑相對偏心距

在高層建筑工程結構不規(guī)則設計過程中，通過調整偏心距，能夠改善結構空間以及平面整體的分布形式，從而有效提升建筑工程結構的穩(wěn)定性以及安全性。為了減少偏心距，首先，在建筑工程結構設計過程中，需要對偏心距數(shù)據(jù)進行準確計算，根據(jù)計算值，結合工程建設實際需要，制定完善的結構調整方案，同時，還需要在工程設計圖上明確標注出相對離心距的位置，對偏心距進行調節(jié)。

3.2合理調整扭轉剛度和抗側剛度

在進行高層建筑工程結構設計過程中，結構周期與扭轉效應為線性關系，因此，在進行高層建筑工程結構不規(guī)則設計過程中，應該盡量縮短周期。在進行框架剪力墻結構設計過程中，應該注意適當增加剪力墻厚度，適當增加扭轉剛度，縮短結構扭轉周期。

3.3優(yōu)化防震縫設計

在進行高層建筑工程結構設計過程中，各個結構的實際受力情況與其內部構造以及功能設計需求有一定的關聯(lián)，因此，很難將所有結構體的作用效果形成整體，這樣就會影響建筑工程結構整體的穩(wěn)定性。比如，在高層建筑工程結構防震縫設計過程中，須臾注意通過防震縫將兩邊設施進行有效連接，從而提高建筑工程穩(wěn)定性，通過這一設計形式，不僅能夠對建筑工程結構的兩個不同區(qū)域進行劃分，同時，還能夠分擔結構受力。但是，在高層建筑工程防震縫設計過程中，設計人員一般只是依據(jù)工程建設所在區(qū)域的地震發(fā)生等級設置防震縫，沒有綜合考慮建筑工程結構受力實際情況，這樣就會在一定程度上影響防震縫功能的實現(xiàn)，在這種情況下，如果發(fā)生地震災害，則建筑工程的抗震性能會受到一定的影響。由此可見，在高層建筑工程防震縫設計過程中，不僅需要綜合考慮區(qū)域抗震要求，而且還應該綜合考慮建筑工程結構的實際受力情況，提升防震縫的使用功能。

3.4增加高層建筑主體結構邊緣構件抗剪強度

為了有效提升高層建筑工程結構分布效果，不僅需要優(yōu)化建筑工程主體結構設計形式，而且還應該注意提升建筑工程邊緣的結構強度。在高層建筑工程實際應用中，由于受到外力因素的影響，其主體結構可能會受到一定的破壞，根據(jù)調查研究發(fā)現(xiàn)，如果高層建筑工程受到雙向水平地震的影響，就會使建筑工程處于彈性期，在回彈作用下，建筑工程結構形態(tài)不會發(fā)生變化，但是，當高層建筑工程處于非彈性狀態(tài)時，就會產生偏心現(xiàn)象，這就要求建筑工程具有較高的抗震性能，同時，在建筑結構設計過程中，還應該適當提高建筑工程邊緣結構強度，這樣能夠保證在強震作用下，高層建筑工程依然能夠保持較好的完整性。

4 、高層建筑結構不規(guī)則設計實例

4.1工程概述

某高層建筑工程總高度約為66m，共21層，地上樓層為住宅區(qū)，地下1～3層為商業(yè)廣場，建筑總面積約為1.1×104m2，該高層建筑工程結構形式為框架剪力墻結構。建筑工程1～3層結構平面和4層及以上結構平面如圖1所示，由此可見，該高層建筑工程平面和豎向均具有不規(guī)則特征，對此，在建筑工程設計過程中，為了有效提升建筑工程結構穩(wěn)定性以及抗扭特性，需要對結構設計薄弱環(huán)節(jié)加強抗震設計。

4.2合理控制偏心距

在高層建筑工程結構設計過程中，為了盡量避免不規(guī)則設計形式對結構整體性以及穩(wěn)定性造成不良影響，在具體的設計環(huán)節(jié)，應該注意以下幾點：（1）在進行建筑工程結構設計過程中，必須綜合考慮建筑工程實際情況，對結構不規(guī)則特性進行深入研究，對建筑工程結構的質心、剛心進行準確計算，為結構設計提供依據(jù)；（2）根據(jù)計算所得結果以及建筑工程設計經(jīng)驗，判斷高層建筑工程結構剛度分布情況；（3）對于質心較遠的抗側力構件，結合實際情況對其數(shù)量進行調節(jié)。在該高層建筑工程偏心距設計過程中，X向和Y向的質心、剛心分別為0.01～0.07m以及0.05～0.37m，因此，對應的建筑物邊長分別為0.27%、1.50%。

4.3提高抗震性能

該高層建筑工程地上結構以及地下結構的使用性能有一定的不同，因此，在結構設計過程中，對于4層以上平面結構收進l1.1m，平面寬度為12.7m。為了提升建筑結構的康你一性能，應該適當增加豎向突出部位的樓面板厚度，同時，對于鋼筋結構，采用雙層雙向設計形式。另外，該高層建筑工程4層以上為民用住宅，在結構設計過程中，應該注意適當增加凸出位置的樓板厚度和配筋率。

4.4抗扭薄弱環(huán)節(jié)設計

由于該高層建筑工程采用轉角窗設計形式，因此會對建筑工程結構的抗扭性能造成一定的不良影響，這就屬于薄弱環(huán)節(jié)設計。在轉角窗設計過程中，可以在兩側位置設置剪力墻，同時，適當提升鋼筋結構的配置率，從而有效提高建筑結構的抗扭性能。需要注意的是，為了盡量減少建筑工程結構的扭轉效應，在剪力墻布置過程中，應該注意均勻對稱，同時還應該適當提升剪力墻抗側剛度。

4.5抗震的性能化設計

在該高層建筑工程抗震設計中，預估地震影響系數(shù)取最大值0.45，通過利用彈性時程分析法進行計算分析，內置特征周期為0.45s，地震加速度是程曲線最大為70cm/s2，加速度依照最大1：0.85取值。

5、 結語

綜上所述，由于受到地質地形、空間剩余以及人們對于建筑美觀度的追求，高層建筑工程結構不規(guī)則設計越來越常見，包括平面不規(guī)則設計、豎向不規(guī)則設計等等。但是，建筑工程結構不規(guī)則設計難度比較大，如果設計不合理，則會對建筑工程結構整體性、穩(wěn)定性以及抗震性能產生不良影響。因此，在高層建筑工程結構不規(guī)則設計過程中，應該注意短高層建筑相對偏心距，合理調整扭轉剛度和抗側剛度，優(yōu)化防震縫設計，同時，增加高層建筑主體結構邊緣構件抗剪強度，通過對建筑工程結構部件進行科學合理的調整，能夠有效提升建筑結構的整體性和施工質量，提高工程建設效益。

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作者簡介：黎安梅 女 （1981-4） 漢族 貴州遵義人 本科學歷 工程師 主要從事工作和研究方向是建筑工程方面