高層建筑不規則結構設計的探究

朱清琳

摘要：隨著人們的生活水平日益提升，人們的思維也越來越活躍。這給建筑行業的設計工作帶來了更多的靈感。城市建筑不再是一成不變的方形建筑。例如國家體育館（鳥巢）、廣州電視塔（小蠻腰）、上海金茂大廈，都是世界聞名的不規則建筑設計作品，各種形態的建筑設計作品成為了城市的標簽，使機械刻板的城市建筑更有靈動的感覺。本文主要針對城市高層建筑不規則的結構設計出現的問題以及解決措施作出分析，以期為今后的城市建筑發展作出參考。

關鍵詞：城市高層;建筑設計;不規則結構;優化措施

引言：建筑設計風格的獨特化、創新化、多樣化是建筑設計行業的發展趨勢。不規則的建筑是人與自然結合的設計靈感，在建筑外形上更具有強烈的視覺效果。但是不規則的建筑設計需要對其結構設計進行重要的分析，以確保建設物的實用性與穩定性。包括建筑材料的使用;建筑外墻的承重結構等問題。

1、不規則建筑結構設計現狀

經濟快速發展帶動了建筑業的飛速發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變，不規則結構的設計便是其中之一。由于理念和思想的轉變，具有繁瑣、復雜外形與結構的高層建筑越來越多，其建筑形式也表現出不規則的特點。由此不難發現，不規則結構是高層建筑未來的一個想要發展方向。然而，不規則結構的設計雖然可以讓高層建筑視覺效果有效提升，但是他對建筑強度提出了更好的要求，如何基于安全和穩定的角度對不規則結構高層建筑展開設計逐漸變成建筑業普遍關注的一個課題。

2、高層建筑不規則結構的主要形式

高層建筑的不規則結構主要分為三個等級，普通、特殊、嚴重的不規則結構。普通的不規則結構。需按照不規則結構有關的設計規范與標準采取科學的解決策略。特殊的不規則結構。需在建筑專家、建筑部門論證后采取滿足規范和標準的解決決策，對高層建筑當前抗震等級進行檢查時應符合相關設計規范。嚴重的不規則結構。按照該高層建筑具體設計要求與規范對自身建筑形式展開科學的修改與調整，主要有平面不規則與豎向不規則這2個主要結構。

3.1豎向不規則結構

豎向不規則在高層建筑不規則結構中較為常見，具體包括側向剛度不規則結構、層間質量劇變結構和樓層承載力突變結構三種。側向剛度不規則結構又可細分為兩種情況，第一是結構樓層側向剛度小于相鄰上一層的側向剛度，且減少的范圍約為70%。第二種情況為除頂層之外的其他樓層的局部收進水平與相鄰下一層之間存在差值，且一般上一層超出相鄰下一層25%，層間質量劇變結構是指高層建筑的某個建筑構造中的相鄰樓層之間的質量差值，一般下一層樓比相鄰樓層質量小1.5倍左右，樓層承載力突變結構則強調的是不同樓層之間的承載力差值，且樓層承載力從上至下依次遞減。

3.2平面不規則結構

平面不規則結構主要包括樓板不連續、凹凸不規則和扭轉不規則三類。樓板不連續主要體現在開洞后每一邊的凈寬長度的變化值，一般以2m為界，且小于臨界值，而凹凸不規則具體指的是樓層平面結構形狀的不規則，最后是扭轉不規則，該類不規則形式也較為常見，且與層間位移密切相關，因而也會直接影響建筑的穩固程度。

3、不規則建筑設計的優化策略

在不規則結構高層建筑中，由于具體的設計過程中扭轉效應會極大的影響高層建筑，因此相關建筑設計師需要通過有效途徑解決這一問題，避免不規則結構的平面設計出現過大的偏心，從而讓高層建筑受扭轉效應的影響降到最低，同時充分提升高層建筑的扭轉剛度，防止由于強度不高導致的二級扭轉效應，分析和判斷扭轉效應時可采取對比分析法，該方法以自振第一周期與自轉第一周期為依據，若數值相似并且受到耦連的振動影響，那么建筑扭轉效應便會受到影響。為了讓不規則結構運用得更加科學、合理，應做好以下幾點。

3.1調整扭曲剛度與抗側強度

在高層建筑的結構中，扭轉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效應降低，建筑設計師應將振動周期當成主要切入點，以調整振動周期的方式讓扭轉效應逐漸減弱。進行剪力境設計的過程中，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、科學的調整。詳細來講，應將柱、梁設計振動的周期減少。與此同時，應通過對邊緣連梁當前剛度的調整使扭曲剛度發生改變，通常邊緣連梁在提升抗剪承受力以后可以讓不規則結構的性能得到改善與優化，為此需要將剪力墻梁截面的寬度增加，這樣還能增強整個剪力墻的剛度，保證不規則結構高層建筑具有較強穩定性。

3.2防震縫的合理設置

在進行具體設計時，設計人員應合理地設置抗震縫。高層建筑的實際平面結構一般較為復雜，在進行設計時，要針對不規則結構進行處理，并設置恰當的抗震結構，留置合理的抗震縫。在具體設置時，設計人員可以對平面結構進行分區，使其形成較為簡單的結構單元。而在具體設置抗震縫的過程中，工程人員也需要關注抗震縫兩側的結構體系，若結構體系不一致，則要以較為不利的抗震場景為基準進行抗震縫的優化設計，可以對寬度進行收窄或擴寬，同時還可以結合相鄰建筑結構的基礎沉降情況合理地設置沉降縫。

3.3提升周邊抗扭構件的抗剪力

高層建筑的設計人員在優化不規則結構的設計體系時，應做好對周邊抗扭構件抗剪力的提升設計。設計人員要結合前沿的結構理論，即建筑結構一旦處于非彈性狀態，當出現地震時，結構會受到雙向的水平地震作用力的沖擊，由此會出現重心的變化，進而導致結構失穩。基于此，設計人員需要注重抗扭構件這一細節，要能夠結合抗震性能的具體要求，采取恰當的措施增加抗扭構件的抗剪力，從而提升建筑結構的整體抗震彈性值。

總結：建筑結構的不規則設計給沉悶的城市建筑帶來了生氣，對其設計結構的可靠性進行分析，確保建筑結構的橫向、豎向結構穩固以及良好的抗震能力，不斷優化其設計方案，促進城市建筑行業的長遠發展。

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