高層建筑結構設計的不規則性研究與運用分析

王剛

摘 要：通過對高層建筑結構設計不規則性的研究可以發現，常用類型有平面和豎向兩種形式，應用不規則性的建筑通常具有較高的藝術價值和美觀價值，建筑的抗震能力也會得到一定程度的增強，因此在高層建筑結構設計中不規則性值得加以深入研究和大范圍的推廣。本文將探討高層建筑結構設計中不規則性的應用價值、主要類型和應用路徑，旨在為相關設計工作提供參考，全面提高高層建筑結構設計水平，為打造精品優質建筑工程項目提供有力保證。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;不規則性;應用路徑

近年來，人們的審美水平在不斷提升，希望自己居住的建筑與眾不同，舒適美觀，對于高層建筑結構設計工作無疑提出了更高的要求。不規則性在高層建筑結構設計中的應用具有不可小覷的價值，充分彰顯了建筑的獨特個性，構成了一道亮麗的風景線，被無數人所贊嘆。在應用不規則結構的同時，還應該對建筑結構的相對偏心距、剛度、抗剪力等進行精心設計，強化建筑的穩定性和安全性，確保建筑能夠在遭遇地質災害時始終屹立不倒，維護用戶的生命財產安全，為我國建筑行業的快速發展注入新的活力。

1 高層建筑結構設計中不規則性的應用價值

1.1 提升建筑美觀度

人們對建筑的第一印象往往來自于建筑的外觀，相較于傳統建筑，不規則性建筑給人帶來的視覺沖擊力通常會更強，打破了建筑給人的呆板印象，得以在周圍建筑中鶴立雞群，牢牢吸引人們的目光，給人們帶來了豐厚的審美體驗。因此在高層建筑結構設計中應用不規則性，既可以彰顯設計師別具一格的設計理念，又能夠突出建筑的獨特風格，已經成為現代建筑設計工作的一大創新，不規則性設計的應用價值可謂不可估量。

1.2 強化建筑抗震能力

除了美觀性之外，建筑的抗震能力也是廣大用戶所高度關注的，抗震能力越強意味著在遭遇地震時建筑的損壞程度越小，可以給人們爭取更多的逃生時間，讓人們得以順利抵達安全區域。不規則性設計在許多發達國家建筑設計中都被廣為應用，尤其是在地震高發區域更是極為普遍，深受當地居民的喜愛，充分體現出了不規則性設計在強化建筑抗震能力方面的巨大價值，而我國高層建筑結構設計中不規則性的應用仍然有待進一步的深入探索。

2 高層建筑不規則結構的主要類型

2.1 平面不規則的類型

一是樓板結構局部不連續，具體表現為樓板寬度過大或者過小，與規定尺寸的差距明顯，都會導致樓板尺寸不規則問題愈發凸顯出來，比如說高層建筑樓板寬度低于2m或者超過5m，都是平面不規則的重要表現。二是凹凸不規則，通常情況下高層建筑結構凹進一側的尺寸在投影方向上占據了30%以上的比例，就可以認為平面結構是不規則的。三是扭轉不規則，即樓層結構水平位移超過了平均值的1/5，將會造成建筑結構發生不規則扭轉。

2.2 豎向不規則的類型

一是側向剛度不規則，需要對高層建筑每一層結構的側向剛度數值進行檢測，低于上層的70%，每層局部收進的水平方向尺寸都應超過下層的1/4，即說明建筑結構在豎向剛度上是不規則的。二是豎直方向抗側力構件并不連續，在每一層所處位置有所偏移，或是縮進1/4，或是超出1/10的范圍，受到的應力將會經由水平方向的受力構件進行傳遞。三是樓層承載力和重力驟然發生變化，與相鄰層的差距較大，需要高層建筑設計師對建筑結構的受力分析做到更加精準有效。

3 高層建筑結構設計中不規則性的應用路徑

不規則性的應用是一柄雙刃劍，雖然給人們帶來了感官上的深刻體驗，但是會大大增加高層建筑結構設計難度。如果建筑設計師處理不好建筑結構偏心、扭轉等問題，將會降低建筑實用價值，嚴重威脅到建筑的平穩運行。需要在建筑結構設計階段盡可能的削弱這些不利效應，增強建筑結構的抵御能力，使之可以始終保持受力平衡，防止在受到較強外力作用下而發生倒塌。具體而言，不規則性在高層建筑結構設計中的應用要點在于以下幾個方面：

3.1 降低高層建筑結構相對偏心距

一般來說，通過調整高層建筑結構的相對偏心距，建筑主體結構的分布將會發生變化，扭轉效應就會遭到削減，有利于提高建筑結構的穩定性。在高層建筑結構設計階段調整相對偏心距的措施為：建筑設計師應該根據高層建筑工程項目的詳細信息進行數據計算和方案設計，構建科學合理的建筑結構框架，提高設計方案的指導價值。在高層建筑結構設計過程中應該盡量考慮拉近剛心和質心的距離，將剪力墻設置在與質心位置較遠的區域，可以保證建筑有更強的承重性能和抗扭性能，降低地震發生瞬間的破壞作用。

3.2 提升高層建筑結構的剛度

大量的調查和研究表明，高層建筑偏心距、自振周期、扭轉效應之間均存在著線性關系，充分把握這種關聯性，可以讓高層建筑不規則結構設計取得最佳成效，建筑穩定性必然會有所增強。建筑設計師應該嘗試采取多種措施來縮短高層建筑的自振周期，減少建筑主體結構的體積，對于提高建筑結構剛度，控制偏心距和扭轉效應起到了十分積極的作用。此外，在剪力墻結構設計中要合理設計墻體尺寸，梁柱的位置、數量、尺寸也應進行適當調整，這樣高層建筑的自振周期將會減少，高層建筑結構的剛度就會隨之增大。

3.3 增強高層建筑結構抗剪力

增強高層建筑抗震能力的主要途徑之一就是提升建筑結構的抗剪力，這是因為抗剪力低的結構彈性較小，地震發生時對高層建筑主體結構產生的作用力過大，會導致建筑結構出現永久性的損壞。因此建筑設計師應該在設計不規則性高層建筑時不斷提高邊緣構件的抗剪強度，那么即使建筑整體結構受到了較大的外力作用，也會受到自身彈性的影響，回到正常狀態，建筑結構遭到的破壞程度就會微乎其微，高層建筑使用壽命將會得到一定的延長。

3.4 設置防震縫

不規則結構的應用使得高層建筑結構變得十分復雜，極大的增加了建筑沉降風險，高層建筑抗震性能也將有所下降。防震縫的設置主要是為了將結構復雜的不規則性高層建筑劃分為一個個獨立的結構單元，每個單元的建筑結構都是比較規則的，高層建筑整體抗震性能將會顯著上升。在設置防震縫時可以采用雙墻或者雙柱的形式，防震縫有時還可以當做沉降縫，可以對高層建筑的沉降量進行有效控制，其實際寬度要結合高層建筑具體情況來確定。倘若在高層建筑中不能設置沉降縫，必須要對建筑主體結構加以強化，特別是在地震中首當其中會遭到破壞的結構，以此來增強建筑的抗震能力。

4 結語

總而言之，高層建筑結構設計中應用不規則性設計是一種創新思路，將會給建筑業的發展注入勃勃生機，在具體設計中要考慮相對偏心距、建筑結構剛度、抗剪力的合理設計，還要盡量設置防震縫，從而增強高層建筑結構的穩定性和抗震性能，在此情況下建筑運行更加安全，使用壽命得以延長，建筑用戶的切身利益將會得到良好保障。

參考文獻：

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