高層建筑結構設計的不規則性概述

文/單齊云、沈東磊、高代明 青島騰遠設計事務所有限公司 山東青島 266000

進入二十一世紀以后，我國的經濟發展速度持續提升，人民的生活水平水漲船高，城市化進程不斷推進，建筑行業的發展迎來了新的機遇，在這種情況下如何提升高層建筑結構設計的效果成為了我們研究的重要課題之一。很多設計感極強的高層建筑紛紛出現，給高層建筑結構設計人員帶來了全新的挑戰。

1、高層建筑不規則性的發展現狀

經濟的發展是一切行業進步的根源，因此在中國社會主義特色市場經濟高度發展的情況下，我國的高新科技產業及一些附屬產業也逐漸取得了全新的發展，特別是高層建筑的結構設計工作，正在迎來前所未有的機遇。設計工作者在進行設計的過程中必須要盡可能的調整設計思維，改變舊式的對稱設計規則，從多樣化角度入手改變設計風格，盡可能的采取不對稱不規則的設計思路，從而有效的變更設計方案的最終成果，調整其視覺效果，保障高層建筑的整體美感。然而在這個過程中又會出現一個必然存在的問題，那就是不規則高層建筑的安全性和穩定性如何得到保障，這是我們在未來的高層建筑結構設計中必然要考慮的問題。

2、提高不規則高層建筑性能的主要措施

2.1 相對偏心距設計

不規則高層建筑的穩定性之所以無法得到保證，最主要的原因就是相對偏心距掌握不夠準確，在實際的設計工作中我們逐漸發現，相對偏心距越大，建筑整體承受的扭轉應力就會越大，可以說在某些自變量范圍內二者呈現一種正比例關系。在高層建筑整體出現扭轉效應的情況下，建筑所能承受的其余應力會縮減許多，這將會對高層建筑的承力性能造成極為嚴重的負面影響。因此，我們必須要采取一定的措施降低高層建筑的偏心距。具體來說，第一，我們需要認清高層建筑的設計用途和整體布局，從而把握高層建筑的重心位置，保證建筑結構設計的科學化發展。第二，我們還應該對之前的相關數據進行處理并在建筑圖紙設計草案上標記出來，而后根據設計思路和設計過程的推進及時的更新設計數據，有效調整建筑結構設計的偏心距。第三，我們還應該有效的優化建筑結構設計，從而確保現有布局的合理性。在第二步驟中各種數據已經被詳細的標注在了圖紙上，而剛度中心自然也在此列，因而可以根據事先標注好的數據調整建筑的設計數據，保證其合理性。

2.2 構件抗剪強度設計

高層建筑的不規則設計中，我們必須要考慮到的就是如何保證其在地震等自然災害的影響下仍然有一定的穩定性，建筑必須要自身具有一定彈性形變的能力，這樣在地震中才能擁有良好的抗震性能，在震后迅速的恢復運行和使用。因此，在進行高層建筑不規則設計的時候，我們需要保證構件的抗剪性能。一般來說，高層建筑中具有彈性形變性能的主要就是鋼筋結構，其承擔了大部分形變產生的應力。所以我們必須要提高鋼筋結構的抗剪強度，從而確保建筑的穩定性。就目前來看，根據建筑設計的一些標準，業內人士已經找到了一些行之有效的設計技術。比如說建筑鋼架結構強度設計方面，已經開發和研究出了碗扣結構，應用這種設計結構以后鋼筋和其余鋼部件的抗剪能力將會得到有效的提升，在地震等自然災害發生的情況下能夠承受更大的形變拉力，另外碗扣結構還能夠有效的縮減鋼架構發生脫扣和離散的問題，確保鋼結構能夠為不規則高層建筑提供足夠的支撐力。除此之外，對于不規則建筑中的一系列子系統而言，也可以充分的應用這種碗扣結構，從而最大程度上保障建筑的整體強度。

2.3 抗側剛度和抗扭剛度比值確定

在現有的研究進展中我們可以看出，建筑的抗側強度和周期之間有著不可分割的密切關系，也就是說抗側強度和建筑的周期平方是反比例關系，換而言之，想要提升高層建筑的抗側強度就必須要盡可能的縮減高層建筑的周期。為了達到這一目標，在進行建筑結構設計的過程中我們可以著力的提升墻體的厚度，并且增加剪力墻的長度，這樣一來抗側剛度將會得到有效的提升，另外在剪力墻設計的過程中，我們必須要盡可能的保證設計的合理性。特別需要提到的是，在設計過程中，為了確保不規則建筑的合理性和科學性，我們必須要保證不同數據的協調和準確。同時，為了盡可能的增強建筑的強度，我們還可以通過設計拉梁這種方法來實現設計目標，一般情況下拉梁會設計在建筑的結構邊緣上，從源頭上提升不規則高層建筑的抗扭能力，還能夠有效的降低建筑的抗扭周期，從而提升建筑的抗震能力，在實際的結構設計中我們應該嚴格遵守有關的設計標準對拉梁的長度和位置進行確定，從而讓拉梁真正產生效果。

2.4 科學增加高層建筑防震縫

想要確保高層建筑不規則設計的穩定性，我們還應該從增加防震縫的角度入手。在具體的建筑設計中，我們常常會遇到一些平面情況十分復雜的高層建筑，這種建筑往往不具備太突出的穩定性，一旦發生嚴重的外力扭曲其將會受到嚴重的影響，為了解決這種問題，設置防震縫勢在必行。防震縫存在的意義就在于能夠把一整個高層建筑分成幾個小的抗震單元，從而提升工程的抗震性能。舉個例子來說，在設計的時候可以充分利用抗震縫把高層建筑分成規則的幾個獨立空間，這樣一來即使發生嚴重的外力扭轉，高層建筑的整體穩定性也能得到保障。除此之外還可以對抗震性能更差的一側進行著重的分析，對抗震縫的寬度加以調整，將其作為沉降縫使用。

結語：

總而言之，在建筑事業不斷取得進步的前提下，高層建筑的不規則設計正在成為越來越多的設計人員選擇和認可的設計思路，我們必須要采取多種多樣的措施來保證其穩定性。