平面不規則高層建筑結構設計分析

劉正龍

（太原市聚川都市建筑工程設計有限公司，山西 太原 030024）

近幾年來，隨著社會和經濟的快速發展，城市的建筑規模日益擴大，然而，由于對建筑地點、性能和外觀的高要求，高層建筑的結構特征變得越來越復雜，各種各樣的形狀相繼出現，并且具有特別不規則形態的建筑數量更是逐漸增加。研究表明，平面不規則建筑在地震等自然災害下更容易發生變形或倒塌事故，比規則的建筑更容易被自然災害破壞。

1 平面不規則高層建筑結構設計特點

1）水平力是高層建筑結構設計的最關鍵影響因素。通常，在設計三維建筑的結構時，必須要首先考慮到結構的垂直荷載。根據數據研究，在垂直部分中，由結構自重和樓面荷載引起的軸向力與彎矩對建筑物的高度成正比。然而，在建筑物呈現的結構層次中，水平荷載帶來的影響程度依舊是不相同的，它與高層建筑物高度的平方成正比。這意味著，假設建筑物的高度符合科學的標準條件，垂直荷載將是一個固定值，水平荷載將根據結構動力學逐漸變化。

2）建筑的高度與水平運動密切相關，高層建筑的水平運動是整體結構設計的關鍵點。另外，隨著建筑物高度的逐漸增加，各種極具創新力的建筑結構體系和形式出現，并且在使用相對較長的時間之后，水平儲存范圍擴大。所以，在參與高層建筑的結構設計時，就要考慮到抗推剛度的方面。

3）在實際的建筑施工中，有必要減輕高層建筑本身的重量，建筑的重量和地震產生的效應成正比比例關系。因此，減輕建筑物自身的重量將會大大提高建筑結構的性能，降低了地震剪力產生的抗震能力，并有助于降低地震時的傾覆力。

4）在不規則的平面上設計高層建筑時，若設計方法的應用性不夠強，該建筑的實用性就會有所影響。我們就需要保證這座高層建筑結構的設計滿足現實需求，依照具體的地點與環境要求來設計出一個完整的建筑結構構造，并選擇合適的材料。在具體的實施過程中，首先要準確確定建筑結構的不規則定位。通過這種方式，可以針對建筑結構制定方案的方式進行合理開發，從而保證整個建筑的性能。通常平面不規則建筑能夠產生水平偏心力，導致不同程度的建筑材料的拋擲變形。

2 實際案例以及危害

位于中國首都北京的中央電視臺總部大樓是以不同的方式設計的。在設計方面，著重于重力結構和高度的重大挑戰。建筑的空間結構形狀就像兩個“Z”字蜿蜒交叉，是三維的圓形姿態。中央電視臺總部大樓不可否認是一個典型的不規則設計的例子，向人們展示了這類不規則結構無限的吸引力和中國設計的高端技術水平。與傳統建筑相比，總部大樓的成功建造無疑是一個巨大的突破，它對傳統的建筑風格有一個重大創新，融入了許多時代元素，具有十分重要的時代意義。

這種建筑充滿了個性和獨特的風格，突破了傳統的設計理念，建筑的裝飾性和功能性也越來越強，越來越容易被人識別。然而，這些建筑大多具有不規則的平面特征的弱點，如不規則的平面特性，通常會導致重心和剛度中心之間的偏移，從而在地震的強大作用下產生較大的扭轉。在遇到自然災害時，不規則平面通常會導致嚴重受損的應力集中。因此，為了保障建筑系統的安全性和可靠性，就必須重視不規則高層建筑的設計工作

即使不規則的設計風格可以提高建筑的整體美觀性，但不規則設計對本身建筑結構的承受力有很大影響，普遍存在為不規則和不連續的現狀。如果我們不對此問題進行更加科學性和合理性的設計，將會威脅到建筑結構的安全和穩定，更會隱藏更多的安全風險［1]。

3 提高平面不規則高層建筑的結構設計水平的措施

1）設計人員要充分認清當前形勢發生的變化，為了提高平面不規則的高層建筑的結構設計層次標準，就要在設計創新的過程中適當融入創新的概念，在綜合素質都優越的設計師的指導支持下，完成高層建筑的安全合理設計。另外，根據當地現實的基礎情況，需要選擇可靠的材料來細化不規則高層建筑物的完整結構內容，為結構設計層次水平的提高打下堅實基礎。

2）增強如今網絡信息技術的運用，最大限度地提高不規則高層結構設計的應用效益，利用合法的途徑獲取信息資源，使設計的質量水平更有保證，提高這種結構設計的網絡信息化層次，有效解決平面不規則高層建筑出現的設計難題，促進整體結構設計逐步提高水平。

3）通過專業培訓課程的支持，全方位提高平不規則高層結構設計的整體素質，充分發揮其專業優勢，為提高此類建筑物的內部結構的設計層次提供支持。與此同時，我們需要十分注意抗震減震技術的適當選擇，清晰因環境因素造成的影響，更加有針對性地進行不規則高層建筑的結構設計，最終達到不斷提高設計水平層次的目標。

4 結語

由于諸多原因造成的影響，建筑結構不規則設計的現象不可避免。因此，為了保證高層建筑物的質量過關，相關設計人員需要詳細分析結構的不規則性，并以此為基礎討論出更加科學合理的決策方案，在根源上保證高層建筑物不規則設計的合理性。今后，在使用不規則平面設計高層建筑結構時，有必要從結構的創新設計上實施更具科學性的設計，促進建筑結構進行合理化的設計。