高层建筑结构设计的不规则性研究与运用分析

王刚

摘 要：通过对高层建筑结构设计不规则性的研究可以发现，常用类型有平面和竖向两种形式，应用不规则性的建筑通常具有较高的艺术价值和美观价值，建筑的抗震能力也会得到一定程度的增强，因此在高层建筑结构设计中不规则性值得加以深入研究和大范围的推广。本文将探讨高层建筑结构设计中不规则性的应用价值、主要类型和应用路径，旨在为相关设计工作提供参考，全面提高高层建筑结构设计水平，为打造精品优质建筑工程项目提供有力保证。

关键词：高层建筑;结构设计;不规则性;应用路径

近年来，人们的审美水平在不断提升，希望自己居住的建筑与众不同，舒适美观，对于高层建筑结构设计工作无疑提出了更高的要求。不规则性在高层建筑结构设计中的应用具有不可小觑的价值，充分彰显了建筑的独特个性，构成了一道亮丽的风景线，被无数人所赞叹。在应用不规则结构的同时，还应该对建筑结构的相对偏心距、刚度、抗剪力等进行精心设计，强化建筑的稳定性和安全性，确保建筑能够在遭遇地质灾害时始终屹立不倒，维护用户的生命财产安全，为我国建筑行业的快速发展注入新的活力。

1 高层建筑结构设计中不规则性的应用价值

1.1 提升建筑美观度

人们对建筑的第一印象往往来自于建筑的外观，相较于传统建筑，不规则性建筑给人带来的视觉冲击力通常会更强，打破了建筑给人的呆板印象，得以在周围建筑中鹤立鸡群，牢牢吸引人们的目光，给人们带来了丰厚的审美体验。因此在高层建筑结构设计中应用不规则性，既可以彰显设计师别具一格的设计理念，又能够突出建筑的独特风格，已经成为现代建筑设计工作的一大创新，不规则性设计的应用价值可谓不可估量。

1.2 强化建筑抗震能力

除了美观性之外，建筑的抗震能力也是广大用户所高度关注的，抗震能力越强意味着在遭遇地震时建筑的损坏程度越小，可以给人们争取更多的逃生时间，让人们得以顺利抵达安全区域。不规则性设计在许多发达国家建筑设计中都被广为应用，尤其是在地震高发区域更是极为普遍，深受当地居民的喜爱，充分体现出了不规则性设计在强化建筑抗震能力方面的巨大价值，而我国高层建筑结构设计中不规则性的应用仍然有待进一步的深入探索。

2 高层建筑不规则结构的主要类型

2.1 平面不规则的类型

一是楼板结构局部不连续，具体表现为楼板宽度过大或者过小，与规定尺寸的差距明显，都会导致楼板尺寸不规则问题愈发凸显出来，比如说高层建筑楼板宽度低于2m或者超过5m，都是平面不规则的重要表现。二是凹凸不规则，通常情况下高层建筑结构凹进一侧的尺寸在投影方向上占据了30%以上的比例，就可以认为平面结构是不规则的。三是扭转不规则，即楼层结构水平位移超过了平均值的1/5，将会造成建筑结构发生不规则扭转。

2.2 竖向不规则的类型

一是侧向刚度不规则，需要对高层建筑每一层结构的侧向刚度数值进行检测，低于上层的70%，每层局部收进的水平方向尺寸都应超过下层的1/4，即说明建筑结构在竖向刚度上是不规则的。二是竖直方向抗侧力构件并不连续，在每一层所处位置有所偏移，或是缩进1/4，或是超出1/10的范围，受到的应力将会经由水平方向的受力构件进行传递。三是楼层承载力和重力骤然发生变化，与相邻层的差距较大，需要高层建筑设计师对建筑结构的受力分析做到更加精准有效。

3 高层建筑结构设计中不规则性的应用路径

不规则性的应用是一柄双刃剑，虽然给人们带来了感官上的深刻体验，但是会大大增加高层建筑结构设计难度。如果建筑设计师处理不好建筑结构偏心、扭转等问题，将会降低建筑实用价值，严重威胁到建筑的平稳运行。需要在建筑结构设计阶段尽可能的削弱这些不利效应，增强建筑结构的抵御能力，使之可以始终保持受力平衡，防止在受到较强外力作用下而发生倒塌。具体而言，不规则性在高层建筑结构设计中的应用要点在于以下几个方面：

3.1 降低高层建筑结构相对偏心距

一般来说，通过调整高层建筑结构的相对偏心距，建筑主体结构的分布将会发生变化，扭转效应就会遭到削减，有利于提高建筑结构的稳定性。在高层建筑结构设计阶段调整相对偏心距的措施为：建筑设计师应该根据高层建筑工程项目的详细信息进行数据计算和方案设计，构建科学合理的建筑结构框架，提高设计方案的指导价值。在高层建筑结构设计过程中应该尽量考虑拉近刚心和质心的距离，将剪力墙设置在与质心位置较远的区域，可以保证建筑有更强的承重性能和抗扭性能，降低地震发生瞬间的破坏作用。

3.2 提升高层建筑结构的刚度

大量的调查和研究表明，高层建筑偏心距、自振周期、扭转效应之间均存在着线性关系，充分把握这种关联性，可以让高层建筑不规则结构设计取得最佳成效，建筑稳定性必然会有所增强。建筑设计师应该尝试采取多种措施来缩短高层建筑的自振周期，减少建筑主体结构的体积，对于提高建筑结构刚度，控制偏心距和扭转效应起到了十分积极的作用。此外，在剪力墙结构设计中要合理设计墙体尺寸，梁柱的位置、数量、尺寸也应进行适当调整，这样高层建筑的自振周期将会减少，高层建筑结构的刚度就会随之增大。

3.3 增强高层建筑结构抗剪力

增强高层建筑抗震能力的主要途径之一就是提升建筑结构的抗剪力，这是因为抗剪力低的结构弹性较小，地震发生时对高层建筑主体结构产生的作用力过大，会导致建筑结构出现永久性的损坏。因此建筑设计师应该在设计不规则性高层建筑时不断提高边缘构件的抗剪强度，那么即使建筑整体结构受到了较大的外力作用，也会受到自身弹性的影响，回到正常状态，建筑结构遭到的破坏程度就会微乎其微，高层建筑使用寿命将会得到一定的延长。

3.4 设置防震缝

不规则结构的应用使得高层建筑结构变得十分复杂，极大的增加了建筑沉降风险，高层建筑抗震性能也将有所下降。防震缝的设置主要是为了将结构复杂的不规则性高层建筑划分为一个个独立的结构单元，每个单元的建筑结构都是比较规则的，高层建筑整体抗震性能将会显著上升。在设置防震缝时可以采用双墙或者双柱的形式，防震缝有时还可以当做沉降缝，可以对高层建筑的沉降量进行有效控制，其实际宽度要结合高层建筑具体情况来确定。倘若在高层建筑中不能设置沉降缝，必须要对建筑主体结构加以强化，特别是在地震中首当其中会遭到破坏的结构，以此来增强建筑的抗震能力。

4 结语

总而言之，高层建筑结构设计中应用不规则性设计是一种创新思路，将会给建筑业的发展注入勃勃生机，在具体设计中要考虑相对偏心距、建筑结构刚度、抗剪力的合理设计，还要尽量设置防震缝，从而增强高层建筑结构的稳定性和抗震性能，在此情况下建筑运行更加安全，使用寿命得以延长，建筑用户的切身利益将会得到良好保障。

参考文献：

[1]吴维喜.高层建筑结构设计不规则性的实际应用探索[J].四川水泥.2018（05）

[2]唐學红.高层建筑不规则结构设计的应用研究[J].工程建设与设计.2019（02）

[3]郜志远，袁海梅.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].建材与装饰.2018（44）