高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計的應用研究

唐學紅

（遼寧屹立設計有限公司，沈陽110000）

1 引言

在保證建筑功能完善，結(jié)構(gòu)體系合理的同時，應彰顯建筑的個性和美感，因此，進行高層建筑設計時，可融入不對稱結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計。例如，在高層建筑中，加入不規(guī)則設計元素，使建筑高低錯落有致，凸凹大小不一，一掃建筑的平庸與呆板，增強建筑的浪漫與靈動，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鳥巢建筑，沈陽盛京大劇院都是建筑與藝術的完美結(jié)合，是不規(guī)則設計的精美之作。然而，要實現(xiàn)不規(guī)則設計，并非易事，需要調(diào)動建筑師的靈感與智慧，并進行多次計算復核與優(yōu)化設計，以保證高層建筑的使用功能與美觀相統(tǒng)一。

2 不規(guī)則建筑設計特點分析

現(xiàn)代建筑中，不規(guī)則建筑分為平面不規(guī)則與豎向不規(guī)則2種。平面不規(guī)則建筑又包括樓板局部不連續(xù)、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則以及凹凸不規(guī)則3種；豎向不規(guī)則主要指樓層的側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)以及樓層承載力突變[1]。下文主要對這2種不規(guī)則建筑進行論述。

2.1 平面不規(guī)則特點

在現(xiàn)代建筑中，平面不規(guī)則主要有3種表現(xiàn)形式：（1）樓板局部不規(guī)則。即樓板的尺寸和平面剛度急劇變化。例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該層樓面面積的30%，或有較大的樓層錯層。（2）建筑外形凹凸不平，這種不規(guī)則類型主要表現(xiàn)為建筑某一結(jié)構(gòu)面會向下或向內(nèi)凹陷，且有具體的凹陷尺寸，如商場的設計。（3）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。即在規(guī)定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍[2]。

2.2 建筑豎向不規(guī)則的特點

在建筑不規(guī)則設計中，平面不規(guī)則是建筑不規(guī)則的一種類型，豎向不規(guī)則也是建筑不規(guī)則的一種表現(xiàn)類型，通常將豎向不規(guī)則類型的特點分為以下幾點：（1）建筑的側(cè)向剛度不規(guī)則，判斷建筑是否為側(cè)向剛度不規(guī)則的標準為側(cè)向剛度值，如果某樓層的側(cè)向剛度與上一樓層的側(cè)向剛度值相比較小，并小于上一樓層的70%，并且水平向的收進尺寸比下一樓層的水平向收進尺寸大，且大于25%，那么可以將這一建筑判斷為側(cè)向剛度不規(guī)則；（2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件向下傳遞，為豎向不規(guī)則；（3）豎向不規(guī)則設計類型的判讀標準為樓層的承載力，如果樓層的承載力發(fā)生變化，并且樓層間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受到的剪力小于上一層的結(jié)構(gòu)受到剪力的80%，那么可判斷建筑為豎向不規(guī)則類型[3]。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程

高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程大致上可以分為3個階段：結(jié)構(gòu)方案設計階段、計算階段以及施工圖設計階段。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)方案設計

根據(jù)建筑的主體結(jié)構(gòu)以及建筑所處區(qū)域的地質(zhì)勘查報告等內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)設計。建筑的結(jié)構(gòu)形式中，既包括建筑的框架結(jié)構(gòu)，也包括框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，確定這些結(jié)構(gòu)形式后，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式特點以及具體的要求對結(jié)構(gòu)的承重體系以及受力構(gòu)件進行合理的布置與設計。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)計算

在建筑結(jié)構(gòu)的計算環(huán)節(jié)，首先需要進行荷載計算，荷載計算包含的內(nèi)容較多，根據(jù)建筑部位，將荷載計算分為內(nèi)部荷載與外部荷載，外部荷載中又包含許多內(nèi)容，在計算過程中，必須嚴格按照相關計算公式與計算標準進行。

4高 層建筑設計中不規(guī)則結(jié)構(gòu)應用

從當前我國高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的應用情況來看，高層建筑的不規(guī)則部位更容易受到外力的損害，因此，高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設計要完善主體結(jié)構(gòu)，而在建筑的結(jié)構(gòu)設計中，主要依靠柱、墻、板、梁、樓梯等結(jié)構(gòu)元素完成建筑結(jié)構(gòu)設計，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中，要保證建筑結(jié)構(gòu)的完整性，利用概念設計的方式確定具體的結(jié)構(gòu)方案，確保建筑結(jié)構(gòu)的合理性。

4.1 適當調(diào)整偏心距

在高層建筑不規(guī)則設計中，偏心距是一個重要因素，對建筑的質(zhì)量有重要的影響。偏心距的測算需要依據(jù)其測算公式，根據(jù)受壓構(gòu)件的偏心測算原理，測算實際施工時的偏心距，并結(jié)合測算結(jié)果，對偏心距進行適當?shù)恼{(diào)整，從而優(yōu)化建筑的整體結(jié)構(gòu)，同時對高層建筑的平面分布進行合理的調(diào)整，并使建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性得到保證。

4.2 增加建筑抗側(cè)剛度

高層建筑的不規(guī)則設計與實際施工不可避免地會出現(xiàn)一些差異，因此，在對高層建筑進行不規(guī)則設計時，需要提高建筑的抗側(cè)剛度與抗扭剛度，根據(jù)工程概況適當增加剪力墻面積，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，或通過增加剪力墻厚度的方式使建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到有效保證。除此之外，距離建筑物剛度中心較遠的剪力墻也是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，在進行高層建筑不規(guī)則性結(jié)構(gòu)設計時，也要注意該監(jiān)理墻設計的合理性。

4.3 科學規(guī)劃不規(guī)則部件，并做好降震措施

在高層建筑不規(guī)則設計的施工過程中，會遇到各種影響因素，為盡量避免客觀因素的影響，需要在設計環(huán)節(jié)對這些影響因素進行綜合考慮，并做好合理的規(guī)劃，為施工提供便利。此外，在施工中，可以通過一些防震措施降低施工風險，例如，在高層建筑周圍設置防震縫，通過防震縫緩解地震力對房屋的沖擊，起到對建筑的保護作用。

5 結(jié)語

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設計已成為現(xiàn)代建筑設計與發(fā)展的趨勢，不規(guī)則設計不僅能凸顯建筑的特色，還能起到美化城市的作用，但是在追求建筑藝術性的同時，仍要重視建筑的質(zhì)量，進而提升建筑的舒適性與安全性。