高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用

文/王振雄、景其增 中機中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

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高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用

文/王振雄、景其增 中機中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

【摘要】近年來隨著城鎮(zhèn)化建設規(guī)模的不斷擴大，城市建設用地趨于緊張，在此背景下高層建筑便引起人們的青睞與廣泛關注。再加上人們對建筑審美觀念的提高，越來越多的高層建筑開始突破傳統(tǒng)而是用不規(guī)則結構設計。然而不規(guī)則結構的應用給設計人員帶來的極大的挑戰(zhàn)，因此本文重點針對當前常見的不規(guī)則結構以及高層建筑不規(guī)則結構的優(yōu)缺點、特點展開研究，探討在高層建筑結構設計中采用不規(guī)則結構應該注意的要點。

【關鍵詞】高層建筑結構設計；不規(guī)則性；研究與應用

高層建筑結構設計一直是建筑設計領域研究的重點之一，在以往結構設計首先要考慮適用性、安全性以及可靠性，但近年來隨著人們對建筑物審美觀念的改變，不規(guī)則的高層結構逐漸受到人們的青睞，這也給設計人員的工作帶來了更多的挑戰(zhàn)[1]。因此，研究高層建筑結構設計中不規(guī)則結構的應用十分必要。

一、不規(guī)則結構的類型分析

建筑設計界對不規(guī)則結構進行了具體的分類，一般將其分為平面不規(guī)則與豎向不規(guī)則兩種。平面不規(guī)則中又包括凹凸不規(guī)則、扭轉不規(guī)則、樓板部分不連續(xù)等；而豎向不規(guī)則又包括側向剛度不規(guī)則、豎向抗側力結構不連續(xù)以及樓層載荷力突變等。

（一）平面不規(guī)則結構類型

在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，結構樓層最大的水平位和層間位移超過該樓層平均值的1.2倍，或者結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比大于0.9，那么可以將這類結構歸為扭轉不規(guī)則結構。若結構平面凹進或凸出一側的尺寸，大于相應投影方向上總尺寸的35%，或者結構平面中部兩側收進的總尺寸超過平面寬度的50%，那么這種結構被稱為凹凸不規(guī)則結構。若結構樓板在任一方向的最小凈寬小于5米且開洞后每一邊的凈寬小于2米，那么稱這種結構為樓板的不連續(xù)結構。

（二）豎向不規(guī)則分析

結構樓層的側向剛度比其相鄰上一層的小70%或者比相鄰的上部三個樓層側向剛度平均值小80%；另外，除頂層以外的其他樓層的局部收進水平向尺寸比其相鄰下一層超出25%；那么我們可以稱這種結構為側向剛度不規(guī)則結構。若某結構中樓層質量比其相鄰下一樓層的質量大1.5倍，那么這種結構可以稱為樓層間質量劇變結構。若某樓層間的抗側力結構受剪承載力比其上一樓層小80%，那么則可以稱這一結構為樓層載荷力突變結構。

二、現(xiàn)階段高層建筑用不規(guī)則設計的優(yōu)缺點及現(xiàn)狀

（一）高層建筑不規(guī)則結構的優(yōu)缺點

從上文中分析發(fā)現(xiàn)，高層建筑常見的不規(guī)則結構有平面不規(guī)則結構和豎向不規(guī)則結構兩種，且這兩種結構各有不足之處。

第一，平面不規(guī)則結構的特點分析。從建筑設計角度考慮，采用平面不規(guī)則設計的建筑物的平面質量、平面剛度、平面形狀都會出現(xiàn)偏心。這種情況下，建筑的施工及其建筑物的安全性都會受到很大影響。

第二，從建筑設計實踐來看，凡不規(guī)則結構的高層建筑項目，其設計和施工難度以及造價都高于其他普通高層建筑結構項目。而且，在建筑物受到地震等自然災害時，往往會受到更大程度的破壞，損失較大。

但不規(guī)則結構并不是只有不足，其之所以在最近幾年受到人們的青睞，證實因為這種結構與普通結構相比仍有許多可取之處。

第一，符合新時代人們的審美觀念，使得城市面貌更加獨樹一幟，能夠最大限度的體現(xiàn)出城市的個性化及與眾不同，進而極大的滿足了人們對于現(xiàn)代精神文明的不懈追求。

第二，改變了人們的固有觀念，使得人們不再固守傳統(tǒng)的對稱、協(xié)調以及均勻等對建筑物的審美觀念，鼓勵了人們追求個性化、別致、新穎，極大的改變了現(xiàn)代建筑的風格，為推動當代建筑藝術的發(fā)展做出了重要貢獻。

（二）現(xiàn)階段不規(guī)則高層建筑設計的現(xiàn)狀

當代眾多城市建筑都嘗試采用不規(guī)則結構設計，并且就實踐成果來看，效果明顯，所建成的建筑受到人們的廣泛推崇，掀起了一股建筑行業(yè)發(fā)展的新熱潮。

然而，仍然有部分建筑對不規(guī)則設計的應用不成熟，極大的增加了建筑施工的難度及成本，增大了建筑物的使用風險，故而我們需要了解不規(guī)則結構設計時應該注意的問題。

三、不規(guī)則結構設計應用中應該注意的問題及措施

在不規(guī)則結構設計的高層建筑建設過程中，除了要嚴格按照施工圖紙、相關行業(yè)規(guī)章制度、行業(yè)規(guī)范等進行施工外，我們還需要針對不規(guī)則結構設計的特性，采取相應的措施。

（一）提高空間和地面應用的合理性

合理有效的利用建筑施工區(qū)域的空間及地面，能夠使建筑物在空間和平面結構上保持對稱，這樣建筑物便不會出現(xiàn)較大的偏心作用，其建筑物穩(wěn)固性自然得意大大提高，因此在進行不規(guī)則結構高層建筑施工時，合理利用空間和地面面積十分重要。

（二）使高層建筑結構相對偏心距保持在合理范圍內

不規(guī)則結構高層建筑的扭轉效應偏高，而扭轉效應與高層建筑結構相對偏心距存在線性關系，因此在進行設計施工時要使高層建筑結構相對偏心距保持在合理范圍內。需要做到：設計規(guī)劃時反復計算高層建筑的每個結構，確保計算結果正確無誤，然后對建筑結構的不規(guī)則平面布局進行調整，確保布局準確有效，最后還需要經(jīng)驗豐富的專業(yè)人士對設計中的相關數(shù)據(jù)進行反復計算驗證，以確保將建筑結構剛度及分布情況了然于心[3]。總之，要盡一切可能將高層建筑結構相對偏心距保持在合理范圍內。

（三）提高高層建筑結構周邊抗扭轉構件的抗剪力

在進行設計時，可以根據(jù)抗震規(guī)范及建筑結構看抗震性能，合理增強高層建筑結構周邊抗扭轉構件的抗剪力，進而提高抗剪強度，避免高層建筑在較大外力作用下而出現(xiàn)形態(tài)改變的現(xiàn)象。

（四）提高結構抗側剛度

設計剪力墻時，科學合理的調節(jié)有效區(qū)域內剪力墻的長度、厚度，從而是高層建筑主體結構的抗扭剛度得到改進，進而降低建筑結構的扭轉效應。另外，設計時也可以合理的應用防震縫，以提高建筑結構的穩(wěn)定性。

結語：

總之，高層建筑結構設計是建筑項目建設的重要工作內容之一，而且采用不規(guī)則結構設計會對建筑的穩(wěn)固性產(chǎn)生較大影響，因此需要針對這一問題展開詳細的研究，并采取有效的措施以降低不規(guī)則結構帶來的不良影響。本文重點闡述了在進行高層建筑不規(guī)則結構設計時應該注意的問題，以此為高層建筑結構設計工作提供借鑒。

參考文獻：

[1]辛紅軍.高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用[J].科技資訊, 2012, (11):69-69. DOI:10.3969/j.issn.1672-3791.2012.11.059.

[2]周建軍.高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用[J].低碳世界,2015,(22):198-199.

[3]李前勝.高層建筑結構設計中不規(guī)則分析及其應用[J].建材與裝飾,2014,(48):3-4.