簡析不規則結構設計在高層建筑的應用

李光茂

摘要：由于人們的物質生活得到了極大的滿足，所以人們對精神文明的追求也越來越高，在現代化的建筑設計中，對個性的追求越來越多，具有創意的高層建筑逐漸受到了人們的認可與喜歡，所以越來越多的年輕設計師，在設計高層建筑結構時，加入很多創意的思維，但是不規則的建筑結構雖然標新立異，但是也給施工帶來了一定難度，對施工人員的技術水平提出了更高的要求。介紹了高層建筑中不規則結構建筑的現狀、高層建筑不規則結構的類型、以及不規則高層建筑結構應采取的措施。目前很多高層建筑在結構上表現出不規則的特性，對現代建筑設計技術提出了極為嚴峻的挑戰，進而提高了結構工程師對一些建筑在結構設計方面的要求。

關鍵詞：高層建筑 結構布置 不規則性 結構設計

高層建筑發展一直伴隨著社會生產力的不斷進步，成為現代城市的標志。信息社會的到來，帶來了大量新技術和新思想，帶動了人與人、人與社會之間關聯性的加強，同時也推動高層建筑的進一步發展。高層建筑作為城市發展的重要元素，越來越受到人們的重視，而高層建筑開放趨勢的發展成為社會、技術、經濟發展的必然。 本文主要以高層建筑的發展歷程為起點，引用系統開放性原理，分析高層建筑產生的背景和高層建筑的生存現狀（即高層建筑與它所在的城市環境的互動關系），從而建立高層建筑開放體系的框架，分析其間影響高層建筑開放性的相關因素，挖掘高層建筑開放性的內涵與特征。首先，分析了高層建筑開放性的影響因素，從社會需求的改變、建筑技術的推動、設計理念的變遷和城市環境的改變四個方面，分析促進高層建筑開放性發展的內因和外因。其次，進一步分析了高層建筑開放的“度”，從而更好的理解高層建筑開放性的含義。高層建筑在規劃中與城市的互溶互動、對環境的相互影響、高層建筑主體的開放，如內部空間的靈活劃分、共享空間的引入、底部空間的開放和屋頂花園的設置等，這些設計不僅使高層建筑形象更加豐富，同時也是高層建筑開放性的表現形式。最后以高層建筑開放體系的構建為出發點，結合高層建筑自身的特點，通過高層建筑內在結構、空間特征和對聲光熱等物理環境的改善等方面來分析現代高層建筑的構建方式，使建筑可以達到節能減排、廢水再利用以及自然通風、采光和隔絕噪音等目的，最終達到高層建筑與城市空間的協調統一發展。 對高層建筑的開放性研究，旨在引起對高層建筑新變化的關注，以及對當代高層建筑設計提供一定的參考和借鑒。

1. 甚本概念不清的問題

在結構設計中，首先應正確選擇設計簡圖，再根據作用在結構上 的荷載選擇合適的計算方法進行力學分析，然后進行截面設計，在設 計中必須認真對待每一步驟，才能保證工程設計的質量。但有時會出 現圖省亊隨意簡化設計的情況，計算假定與實際結構不符，對于力學 分析復雜的構件，時常忽略一些必要的計算數據，如自振周期、層間位 移比、穩定、變形、裂縫、撓度等，而造成工程質量隱患。如一 T字型的 16層樓，一層轉換。該樓為T型，屬于凹凸不規則;轉換則屬于豎向抗 側力構件不連續;考慮地震力偶然偏心時層間位移比大于1.2，屬于扭 轉不規則，共有三項抗震規范3.4.2條規定的平面及豎向不規則類型， 所以是嚴重不規則結構。設計時應注意調整外圍剪力墻，使層間位移 比小于1.2，，轉換層的剛度不小于相鄰上部樓層側向剛度的70%及其 上相鄰三層側向剛度的80%，全面的嚴格的控制結果，使其符合抗* 設計要求，不能只是看到梁柱沒有超筋就認為設計通過了。

2. 盲目筒化設計的問題

（1） 基礎設計都不是只憑地基承載力一值來確定的，還要綜合考 慮土層沿水平及垂直方向上的變化、土質物理力學指標、有無地質異 常、原有坑道、地下水位深度等因素，而且上部結構也要結合地質情況 確定選型和做必要的技術處理。有的工程因甲方或施工單位圖省事、 省工期及其它原因使得地質勘査深度不夠或不按要求做必要的地基 處理，給建筑造成較大的工程隱患或因無根據的保守造成浪費。（2） 設計中涉及到的一些設計參數、折減系數或放大系數，沒有嚴 格按照規范和設計假定取值，使計算結果與實際情況有較大的出人。（3） 由于地基變形的控制是地基安全的基本控制之一，地基變形 的差異（不均勻沉降）對結構設計尤為重要，它常是導致建筑物產生裂 縫的重要原因，因此不能忽視地基變形的驗算，同時還應根據建筑所 受荷載、結構形式、局部地質變化等因索做不均勻沉降的綜合判斷或 計算，采取相應的技術處理。

3. 軟件應用不當的問題

隨著計算機技術的發展和結構設計軟件的不斷完善與廣泛應用， 工程設計人員擺脫了繁雜的計算和繪圖等手工勞動，減輕了工作量， 提高了效率。然而對初學者來說，對軟件的模型原理、技術條件理解不 夠深入，對參數取值不當，對計算結果缺乏辨析能力，會使設計出現一 定的錯誤。在運用結構設計軟件時，除了正確輸入幾何及荷載數據之 外，對荷載傳遞結果一定要進行分析和判別。另外，手箅基本結構和構 件，有助于對基本概念的理解，手算能力的提髙及計算經驗的積累，對 于軟件結果的正誤判別和驗算是很有好處的。

4. 設計考慮不周引起的問題

我們在做一個工程項目之前，首先要熟悉當前設計所涉及到的設 計規范、構件抗震構造要求，翻閱相關的技術設計手冊和標準圖集，敲 匯貫通，不能斷章取義，盲目地拷貝以前的設計，另外要結合規范要求 對計算結果進行整體全面的分析。例如鋼結構設計中，剛架要采用較 薄的鋼板做成較大的截面，才能增大梁、柱的穩定系數，充分發揮鋼材 的強度。要使截面的鋼板薄，就一定要按考慮工字形截面腹板屈曲后 的強度利用。不管是〈門式剛架輕型鋼結構技術規程》還是（鋼結構設 計規范 >，工字形梁、柱都允許腹板局部失穩。如果我們沒有考慮這一 點，柱子的腹板取值就相應的厚一些，廠房的用鋼董就比較髙。在用 STS計算時，圖形結果中的應力比是按全截面有效計算的，必須檢査 文本結果PK11.0UT才可以査到梁、柱腹板屈曲后的有效截面強度以 及腹板的髙厚比是否超限。重級工作制吊車梁需要驗箅疲勞破壞，所 用鋼材要求根據工作溫度保證相應的沖擊韌性，而中級工作制吊車梁 只有吊車噸位不小于501時才要求保證相應工作溫度下的沖擊韌性， 所以設計之前有必要對不同形式不同荷載級別下的結構有一個明確 的整體的分析和區分。在鋼筋混凝土結構設計中，對設計軟件自動成 圖的選筋結果，如果不進行合理的調整歸并，以及與相關構件的配筋 數量及位置相協調，很可能造成施工不便，有的就無法施工。

總結

現階段，隨著城市化進程的進一步推進，高層建筑尤其是不規則高層建筑大量出現，結構設計中經常出現不規則性質，極大程度上影響了現代高層建筑設計，使得建筑結構時需要具備更高的分析要求和更復雜的分析精度，文本主要分析了發展現狀，基本結構，以及實際應用不規則性的情況，為進一步研究和分析高層建筑提供依據和參考。本文列舉了一些結構設計中可能存在的問題，希望能給大一些參考和啟示，引起結構設計者尤其是初學者的重視，避免質量事故的發 生，設計出安全、經濟、適用的建筑來。論述了當前高層建筑結構設計不規則性的特點和形勢，介紹了其劃分及包 含的結構類型，并且分析其在建筑設計領域中的應用情況，為高層建筑的結構設計提供了重要的參考依據，旨在使結構工程師能夠設計出高水準的高層建筑。

參考文獻

[1] 楊文淵，橋梁施工工程師手冊，人民交通出版社.2017.

[2] 陳忠漢，程麗萍，深基坑工程，機械工業出版社.2018