高層建筑不規(guī)則結構設計探討

吳茂銘

大象建筑設計有限公司 浙江杭州 310000

隨著社會的發(fā)展和時代的不斷推進，人們對于建筑的要求也在不斷攀升。這也是近年來我們會看到越來越多性能豐富、構造特異的建筑體產(chǎn)生，且很多城市中不斷有摩天大樓參數(shù)的原因。這些高層建筑及不規(guī)則的結構設計在滿足人們視覺需求的同時，也極大增高了建筑結構設計的難度，并且使得建筑體的抗震性及安全穩(wěn)定性更難得到有效保障。對于高層不規(guī)則建筑的結構設計中有很多值得注意的技術要點，采取的結構設計方法和理念也非常重要[1]。

1 當前不規(guī)則結構的設計概況

現(xiàn)階段，我國經(jīng)濟快速發(fā)展帶動了建筑業(yè)的飛速發(fā)展，為了讓城市化進程與市場化需求得到進一步滿足，建筑設計師在對建筑物結構展開設計的過程中，應不斷改變與更新自身建筑設計理念，由原有對稱建筑設計思想理念向獨特、新穎、多樣的全新建筑風格進行轉(zhuǎn)變，不規(guī)則結構的設計便是其中之—。由于理念和思想的轉(zhuǎn)變，具有繁瑣、復雜外形與結構的高層建筑越來越多，其建筑形式也表現(xiàn)出不規(guī)則的特點。由此不難發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則結構是高層建筑未來的一個想要發(fā)展方向。然而，不規(guī)則結構的設計雖然可以讓高層建筑視覺效果有效提升，但是也對建筑強度提出了更好的要求，如何基于安全和穩(wěn)定的角度對不規(guī)則結構高層建筑展開設計逐漸變成建筑業(yè)普遍關注的一個課題[2]。

2 不規(guī)則結構類型

2.1 豎向不規(guī)則分析

①樓層載荷力突變結構：某一個樓層結構的抗側(cè)力結構受剪承載力呈現(xiàn)從下到上依次遞減的原則，每一層比其上一樓層減少大約百分之八十。②側(cè)向剛度不規(guī)則結構：該類豎向不規(guī)則結構可以細分為兩類情況，第一類情況就是結構樓層的側(cè)向剛度比其相鄰上一層的減少大約百分之七十，或者比相鄰的上部三個樓層側(cè)向剛度平均值減少大約百分之八十；另一類情況就是除頂層以外的其他樓層的局部收進水平向尺寸比其相鄰下一層超出百分之二十五。③層間質(zhì)量劇變結構：在某個結構中，下一層樓會比相鄰的樓層質(zhì)量小1．5倍左右，那么此類結構稱為層間質(zhì)量劇變結構。

2.2 平面內(nèi)的不規(guī)則結構

平面內(nèi)不規(guī)則結構設計有幾種典型體現(xiàn)方式，首先會看到的是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則高層建筑結構。這類建筑體是指建筑每層自身的最大彈性水平位移大于樓層兩端的彈性水平位移平均值的1．2 倍。其進行判斷的標準是單向偶然偏心地震作用下的位移比大于1．2 倍。我們還會看到凹凸不規(guī)則高層建筑結構，這類建筑體通常指是指平面太過狹窄、太長，凹進去太多，凸出來的又太細等。凹凸不規(guī)則高層建筑結構判斷標準是，在陽光下，建筑結構平面凹進去的尺寸大于投影方向尺寸的30%。還有一些其他的平面內(nèi)不規(guī)則結構形態(tài)，這些結構類型在目前越來越普遍，也讓結構設計中有更多潛在問題需要得到良好處理與解決[3]。

3 高層建筑不規(guī)則結構設計實施方法

3.1 合理控制相對偏心距

對于高層不規(guī)則建筑體而言，結構設計在實施的過程中需要就相對偏心距有合理控制。從相關實踐證明來看，在這類建筑體中相對偏心距會直接隨著建筑體扭矩的變化而變化，并且呈現(xiàn)一定的線性關系。在實際的操作和施工控制中，如果能夠?qū)⒛切┎环弦?guī)范的平面設計做適當調(diào)整，這可以幫助更好的確定整個建筑體的質(zhì)心與剛心。在這個基礎上，可以進行非常明確的建筑體剛度的策略，一旦發(fā)現(xiàn)剛心和質(zhì)心有較大的偏離，可以通過就建筑體構件的調(diào)試使用來做調(diào)整，以保障建筑體的穩(wěn)定性與抗震性。

3.2 合理設置防震縫

在處理高層不規(guī)則建筑的結構設計時，首先可以透過防震縫的合理布設來提升結構穩(wěn)定性。一般來說，高層不規(guī)則建筑通常有非常復雜的平面設計，由于不規(guī)則結構的設計需求，使得規(guī)則的平面結構設計無法使用。在這樣的背景下，可以合理設置防震縫來將建筑體的結構進行拆分，將整個建筑體分成若干個獨立結構單元。這可以很大程度化解不規(guī)則建筑平面結構中存在的問題，能夠讓建筑體的穩(wěn)定性有更好的保障。

3.3 調(diào)整扭曲剛度與抗側(cè)強度

在高層建筑的結構中，扭轉(zhuǎn)效應與振動周期的平方具有密不可分的關系。要想使高層建筑自身扭轉(zhuǎn)效應降低，建筑設計師應將振動周期當成主要切入點，以調(diào)整振動周期的方式讓扭轉(zhuǎn)效應逐漸減弱。進行剪力墻設計的過程中，尤其是與剛度中心具有較遠距離的墻體，建筑設計師應對墻體長度及厚度展開合理、科學的調(diào)整。詳細來講，應將柱、梁設計于結構的邊緣，以此改變不規(guī)則結構當前抗扭強度，并使得振動的周期減少。與此同時，應通過對邊緣連梁當前剛度的調(diào)整使扭曲剛度發(fā)生改變，通常邊緣連梁在提升抗剪承受力以后可以讓不規(guī)則結構的性能得到改善與優(yōu)化，為此需要將剪力墻梁截面的寬度增加，這樣還能増強整個剪力墻的剛度，保證不規(guī)則結構高層建筑具有較強穩(wěn)定性。

4 結語

總而言之，研究不規(guī)則結構科學運用于高層建筑的策略具有十分重要的意義。相關人員應對當前不規(guī)則結構的設計概況有全面的了解，掌握高層建筑主要的不規(guī)則結構，通過調(diào)整扭曲剛度與抗側(cè)強度、添加防震縫、減小偏心距、提升抗剪力等途徑對不規(guī)則結構進行科學、合理地運用，使高層建筑的整體質(zhì)量不斷提升，從而促進我國建筑行業(yè)的長期、穩(wěn)定發(fā)展。