高层建筑不规则结构设计的探究

朱清琳

摘要：随着人们的生活水平日益提升，人们的思维也越来越活跃。这给建筑行业的设计工作带来了更多的灵感。城市建筑不再是一成不变的方形建筑。例如国家体育馆（鸟巢）、广州电视塔（小蛮腰）、上海金茂大厦，都是世界闻名的不规则建筑设计作品，各种形态的建筑设计作品成为了城市的标签，使机械刻板的城市建筑更有灵动的感觉。本文主要针对城市高层建筑不规则的结构设计出现的问题以及解决措施作出分析，以期为今后的城市建筑发展作出参考。

关键词：城市高层;建筑设计;不规则结构;优化措施

引言：建筑设计风格的独特化、创新化、多样化是建筑设计行业的发展趋势。不规则的建筑是人与自然结合的设计灵感，在建筑外形上更具有强烈的视觉效果。但是不规则的建筑设计需要对其结构设计进行重要的分析，以确保建设物的实用性与稳定性。包括建筑材料的使用;建筑外墙的承重结构等问题。

1、不规则建筑结构设计现状

经济快速发展带动了建筑业的飞速发展为了让城市化进程与市场化需求得到进一步满足，建筑设计师在对建筑物结构展开设计的过程中，应不断改变与更新自身建筑设计理念，由原有对称建筑设计思想理念向独特、新颖、多样的全新建筑风格进行转变，不规则结构的设计便是其中之一。由于理念和思想的转变，具有繁琐、复杂外形与结构的高层建筑越来越多，其建筑形式也表现出不规则的特点。由此不难发现，不规则结构是高层建筑未来的一个想要发展方向。然而，不规则结构的设计虽然可以让高层建筑视觉效果有效提升，但是他对建筑强度提出了更好的要求，如何基于安全和稳定的角度对不规则结构高层建筑展开设计逐渐变成建筑业普遍关注的一个课题。

2、高层建筑不规则结构的主要形式

高层建筑的不规则结构主要分为三个等级，普通、特殊、严重的不规则结构。普通的不规则结构。需按照不规则结构有关的设计规范与标准采取科学的解决策略。特殊的不规则结构。需在建筑专家、建筑部门论证后采取满足规范和标准的解决决策，对高层建筑当前抗震等级进行检查时应符合相关设计规范。严重的不规则结构。按照该高层建筑具体设计要求与规范对自身建筑形式展开科学的修改与调整，主要有平面不规则与竖向不规则这2个主要结构。

3.1竖向不规则结构

竖向不规则在高层建筑不规则结构中较为常见，具体包括侧向刚度不规则结构、层间质量剧变结构和楼层承载力突变结构三种。侧向刚度不规则结构又可细分为两种情况，第一是结构楼层侧向刚度小于相邻上一层的侧向刚度，且减少的范围约为70%。第二种情况为除顶层之外的其他楼层的局部收进水平与相邻下一层之间存在差值，且一般上一层超出相邻下一层25%，层间质量剧变结构是指高层建筑的某个建筑构造中的相邻楼层之间的质量差值，一般下一层楼比相邻楼层质量小1.5倍左右，楼层承载力突变结构则強调的是不同楼层之间的承载力差值，且楼层承载力从上至下依次递减。

3.2平面不规则结构

平面不规则结构主要包括楼板不连续、凹凸不规则和扭转不规则三类。楼板不连续主要体现在开洞后每一边的净宽长度的变化值，一般以2m为界，且小于临界值，而凹凸不规则具体指的是楼层平面结构形状的不规则，最后是扭转不规则，该类不规则形式也较为常见，且与层间位移密切相关，因而也会直接影响建筑的稳固程度。

3、不规则建筑设计的优化策略

在不规则结构高层建筑中，由于具体的设计过程中扭转效应会极大的影响高层建筑，因此相关建筑设计师需要通过有效途径解决这一问题，避免不规则结构的平面设计出现过大的偏心，从而让高层建筑受扭转效应的影响降到最低，同时充分提升高层建筑的扭转刚度，防止由于强度不高导致的二级扭转效应，分析和判断扭转效应时可采取对比分析法，该方法以自振第一周期与自转第一周期为依据，若数值相似并且受到耦连的振动影响，那么建筑扭转效应便会受到影响。为了让不规则结构运用得更加科学、合理，应做好以下几点。

3.1调整扭曲刚度与抗侧强度

在高层建筑的结构中，扭转效应与振动周期的平方具有密不可分的关系。要想使高层建筑自身扭转效应降低，建筑设计师应将振动周期当成主要切入点，以调整振动周期的方式让扭转效应逐渐减弱。进行剪力境设计的过程中，尤其是与刚度中心具有较远距离的墙体，建筑设计师应对墙体长度及厚度展开合理、科学的调整。详细来讲，应将柱、梁设计振动的周期减少。与此同时，应通过对边缘连梁当前刚度的调整使扭曲刚度发生改变，通常边缘连梁在提升抗剪承受力以后可以让不规则结构的性能得到改善与优化，为此需要将剪力墙梁截面的宽度增加，这样还能增强整个剪力墙的刚度，保证不规则结构高层建筑具有较强稳定性。

3.2防震缝的合理设置

在进行具体设计时，设计人员应合理地设置抗震缝。高层建筑的实际平面结构一般较为复杂，在进行设计时，要针对不规则结构进行处理，并设置恰当的抗震结构，留置合理的抗震缝。在具体设置时，设计人员可以对平面结构进行分区，使其形成较为简单的结构单元。而在具体设置抗震缝的过程中，工程人员也需要关注抗震缝两侧的结构体系，若结构体系不一致，则要以较为不利的抗震场景为基准进行抗震缝的优化设计，可以对宽度进行收窄或扩宽，同时还可以结合相邻建筑结构的基础沉降情况合理地设置沉降缝。

3.3提升周边抗扭构件的抗剪力

高层建筑的设计人员在优化不规则结构的设计体系时，应做好对周边抗扭构件抗剪力的提升设计。设计人员要结合前沿的结构理论，即建筑结构一旦处于非弹性状态，当出现地震时，结构会受到双向的水平地震作用力的冲击，由此会出现重心的变化，进而导致结构失稳。基于此，设计人员需要注重抗扭构件这一细节，要能够结合抗震性能的具体要求，采取恰当的措施增加抗扭构件的抗剪力，从而提升建筑结构的整体抗震弹性值。

总结：建筑结构的不规则设计给沉闷的城市建筑带来了生气，对其设计结构的可靠性进行分析，确保建筑结构的横向、竖向结构稳固以及良好的抗震能力，不断优化其设计方案，促进城市建筑行业的长远发展。

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