高層建筑不規則結構設計的應用研究

唐學紅

（遼寧屹立設計有限公司，沈陽110000）

1 引言

在保證建筑功能完善，結構體系合理的同時，應彰顯建筑的個性和美感，因此，進行高層建筑設計時，可融入不對稱結構以及不規則結構設計。例如，在高層建筑中，加入不規則設計元素，使建筑高低錯落有致，凸凹大小不一，一掃建筑的平庸與呆板，增強建筑的浪漫與靈動，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鳥巢建筑，沈陽盛京大劇院都是建筑與藝術的完美結合，是不規則設計的精美之作。然而，要實現不規則設計，并非易事，需要調動建筑師的靈感與智慧，并進行多次計算復核與優化設計，以保證高層建筑的使用功能與美觀相統一。

2 不規則建筑設計特點分析

現代建筑中，不規則建筑分為平面不規則與豎向不規則2種。平面不規則建筑又包括樓板局部不連續、扭轉不規則以及凹凸不規則3種；豎向不規則主要指樓層的側向剛度不規則、豎向抗側力構件不連續以及樓層承載力突變[1]。下文主要對這2種不規則建筑進行論述。

2.1 平面不規則特點

在現代建筑中，平面不規則主要有3種表現形式：（1）樓板局部不規則。即樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或有較大的樓層錯層。（2）建筑外形凹凸不平，這種不規則類型主要表現為建筑某一結構面會向下或向內凹陷，且有具體的凹陷尺寸，如商場的設計。（3）扭轉不規則。即在規定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移（或層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）平均值的1.2倍[2]。

2.2 建筑豎向不規則的特點

在建筑不規則設計中，平面不規則是建筑不規則的一種類型，豎向不規則也是建筑不規則的一種表現類型，通常將豎向不規則類型的特點分為以下幾點：（1）建筑的側向剛度不規則，判斷建筑是否為側向剛度不規則的標準為側向剛度值，如果某樓層的側向剛度與上一樓層的側向剛度值相比較小，并小于上一樓層的70%，并且水平向的收進尺寸比下一樓層的水平向收進尺寸大，且大于25%，那么可以將這一建筑判斷為側向剛度不規則；（2）豎向抗側力構件的內力由水平轉換構件向下傳遞，為豎向不規則；（3）豎向不規則設計類型的判讀標準為樓層的承載力，如果樓層的承載力發生變化，并且樓層間的抗側力結構受到的剪力小于上一層的結構受到剪力的80%，那么可判斷建筑為豎向不規則類型[3]。

3 高層建筑結構設計過程

高層建筑結構設計過程大致上可以分為3個階段：結構方案設計階段、計算階段以及施工圖設計階段。

3.1 建筑結構方案設計

根據建筑的主體結構以及建筑所處區域的地質勘查報告等內容進行結構設計。建筑的結構形式中，既包括建筑的框架結構，也包括框剪結構、剪力墻結構、筒體結構、混合結構、磚混結構等內容，確定這些結構形式后，需要根據不同的結構形式特點以及具體的要求對結構的承重體系以及受力構件進行合理的布置與設計。

3.2 建筑結構計算

在建筑結構的計算環節，首先需要進行荷載計算，荷載計算包含的內容較多，根據建筑部位，將荷載計算分為內部荷載與外部荷載，外部荷載中又包含許多內容，在計算過程中，必須嚴格按照相關計算公式與計算標準進行。

4高 層建筑設計中不規則結構應用

從當前我國高層建筑不規則結構的應用情況來看，高層建筑的不規則部位更容易受到外力的損害，因此，高層建筑不規則結構的設計要完善主體結構，而在建筑的結構設計中，主要依靠柱、墻、板、梁、樓梯等結構元素完成建筑結構設計，因此，在高層建筑結構設計中，要保證建筑結構的完整性，利用概念設計的方式確定具體的結構方案，確保建筑結構的合理性。

4.1 適當調整偏心距

在高層建筑不規則設計中，偏心距是一個重要因素，對建筑的質量有重要的影響。偏心距的測算需要依據其測算公式，根據受壓構件的偏心測算原理，測算實際施工時的偏心距，并結合測算結果，對偏心距進行適當的調整，從而優化建筑的整體結構，同時對高層建筑的平面分布進行合理的調整，并使建筑結構的安全性與穩定性得到保證。

4.2 增加建筑抗側剛度

高層建筑的不規則設計與實際施工不可避免地會出現一些差異，因此，在對高層建筑進行不規則設計時，需要提高建筑的抗側剛度與抗扭剛度，根據工程概況適當增加剪力墻面積，從而提高建筑結構的穩定性，或通過增加剪力墻厚度的方式使建筑結構的穩定性得到有效保證。除此之外，距離建筑物剛度中心較遠的剪力墻也是影響結構穩定性的重要因素，在進行高層建筑不規則性結構設計時，也要注意該監理墻設計的合理性。

4.3 科學規劃不規則部件，并做好降震措施

在高層建筑不規則設計的施工過程中，會遇到各種影響因素，為盡量避免客觀因素的影響，需要在設計環節對這些影響因素進行綜合考慮，并做好合理的規劃，為施工提供便利。此外，在施工中，可以通過一些防震措施降低施工風險，例如，在高層建筑周圍設置防震縫，通過防震縫緩解地震力對房屋的沖擊，起到對建筑的保護作用。

5 結語

綜上所述，高層建筑結構不規則設計已成為現代建筑設計與發展的趨勢，不規則設計不僅能凸顯建筑的特色，還能起到美化城市的作用，但是在追求建筑藝術性的同時，仍要重視建筑的質量，進而提升建筑的舒適性與安全性。