高层建筑结构设计不规则性的研究与应用

赵启龙

摘要：在现如今的建筑工程结构设计的过程中，高层建筑的结构体现出一定的不规则性，这和高层建筑的设计方法有直接的关系。建筑结构设计的不规则性体现出一定的美感，但是如果运用不当就会造成一系列的问题。因此，本文主要对高层不规则建筑的特点以及种类等进行深入分析，重点阐述了这种结构在建筑结构中的应用。旨在给建筑工程的设计人员提供一定的借鉴和参考，进而提高高层建筑的结构设计水平。

关键词：高层建筑；结构设计；不规则；应用措施

众所周知，在建筑工程设计的过程中，需要考虑到建筑工程的所处的地理条件，气候特点等诸多客观因素，为了满足建筑需求，在设计中常常会采用不规则性结构设计方法。结构设计的不规则可以表现在很多方面，其中以平面布局、水平受力、竖直受力以及刚度等方面较为突出。在具体的建筑结构设计的过程中，设计人员需要找到结构不规则点，进而对建筑的规模和方案等进行认真地设定。进而采取切实可行的措施来对这种不规则结构进行改进和完善。因为，不规则的结构会降低整体结构的作用力。减少一定的安全性和可靠性，因此需要设计和施工人员加强对建筑不规则结构的重视。

一、高层建筑结构中不规则性发展的现状

随着我国经济快速发展，人们生活水平不断提高，城市化进程加快、范围扩大，对建筑的类别和建筑高度等方面的要求也不断提高，也推动了建筑行业的不断发展和革新。建筑工程设计为了适应当前城市发展和迎合市场需求，打破了传统的高层建筑设计上要求建筑结构规则、对称的设计理念。建筑设计师为了设计出新颖别致、独树一帜的建筑，使之成为城市里的一道靓丽风景，通常使高层建筑方案很不规则，这就给结构设计人员带来了极大的难度和挑战。

二、高层建筑结构设计不规则的特点和形式

由于社会经济的不断发展，人们的基本生活需求已经得到满足。因此，人们追求更高层次的需求，其中最重要的方面就是对建筑结构的需求。通常情况下，建筑结构都以对称的结构为主，这种设计缺乏了一定的新意，因此，不规则的建筑结构就受到了设计师们的青睐。这也是对设计方式的创新。对于设计师来说，设计是一门艺术，要赋予一定的美感，建筑的美首先表现在结构的设计上。因此，不规则的建筑结构应运而生。这种结构得到了人们的普遍关注，在城市的建筑中应用范围较广，逐渐成为现如今建筑结构设计的重要趋势。

不规则性的建筑结构虽然能够给人带来一定的美感，满足了人们的审美需求，但是这种结构在设计的过程中给设计师们带来了较大的难题，对于一些不平整的部位或者是楼板的间断性等问题，都需要进一步解决。最重要的是，建筑结构在满足一定美观性的基础上，需要对质量提出一定的要求。但是这种结构方式很难做到这一点。另外，不规则建筑结构所用成本也相对较高，增加了工程的造价。

三、高层建筑结构存在不规则的种类

（一）平面不规则。所谓的平面不规则首先是平面的扭转程度不规则，主要是在设计的过程中，各个楼层中的层面最大位移远远高出了平均位移，这种情况下就会产生平面不规整的问题。其次就是凸凹程度不规则，衡量的方式主要是按照凹陷的长度和总体长度之间的比例来完成。最后，楼板局部也会出现不连接的问题。对这一点进行控制主要是看楼板的长度或者是平面的强度等是否出现较大幅度的波动现象。

（二）豎向不规则的类型。对于竖向不规则来说，其表现的方式较广，主要是侧向刚度不规则或者是结构的抗侧力、承载力、重力等等因素。对于侧向刚度来说，其参数不能超过楼板的十分之七。另外，抗侧力分布不均也是影响结构不规则的重要因素，因为，结构的受力情况，主要是依据相关的设施来进行力的传递的。楼层的承载力如果出现较大幅度的变化，也增加了抗测力结构的受剪程度。

四、高层建筑结构设计不规则形的应用

高层建筑的不规则结构在实际的应用中，体现出一定的弊端，尤其是在地震的情况下，建筑结构中不规则的部位较容易受到损坏，而且刚度作用较大的结构受到的损害尤为强烈。为了改善这一问题，需要建筑设计工作人员在进行高层建筑不规则结构设计的过程中，加强对这些部分的控制，同时也要对主体结构加强重视。通常情况下，才去的具体的措施主要有：保证平面结构的对称性，使得结构的分布具有一定的规则性，这样才能保证空间的稳定性，进而减少整个建筑结构的扭转性。要根据设计方案来对建筑结构的扭转刚度值控制在相应的范围内，最大限度地减少建筑结构的抗扭刚度。具体来说可以从以下几个方面来进行具体的分析：

（一）尽量减少高层建筑结构的相对偏心距

在多数的建筑结构中，高层建筑的扭转程度和偏心距之间存在着明显的联系性。因此，为了减少建筑结构的扭转效应的发生，就应该从偏心距的角度入手，改变其参数值。这种做法不仅有效地改善了平面分布的不合理状况，同时也减少了高层主体结构的相对偏心距的大小，进而确定结构中心和刚度中心的具体位置。

（二）最好改进高层建筑结构抗侧刚度与抗扭刚度的大小

根据有关的调查的结果分析，可以得出这样的一个结论：高层主体结构出现的扭转效应和结构自我震动周期的平方值保持线性函数关系，因此，在设计高层主体结构时，可合理地降低建筑结构自我诊断的周期长短，来削弱高层主体结构的扭转效应。在有关剪力墙的设计过程中，就应该在有效区域内科学调节墙体的长度或者厚度大小，尤其是那些离高层结构刚度中心较远的墙体。改善高层主体结构的抗扭刚度在实际应用中通常是采取在结构边缘装置柱梁的方式，来降低高层主体结构的自我震动周期，另外提高边缘连梁的刚度值大小同样可以达到改善高层主体抗扭刚度的目的。

（三）合理增强高层主体结构边缘构件的抗剪强度

如果仅仅局限于协调高层建筑主体结构的协调分布，就不能达到良好的设计效果，一旦出现较大额外力作用，其主体结构就会受到不可逆的破坏。通过相关科研人员不断深人的研究，发现如果高层建筑长期处于非弹性阶段，一开始有规则的建筑在受到多重地震作用影响下就会因变形而出现偏心的问题。要保证高层主体结构具有很强的抗震性能，就应该合理增强边缘构件的抗剪强度，这样整体结构即使受到较大的外力作用，仍然在自身弹性作用的影响下，回复正常状态。

（四）科学建立防震缝

在实际的建设过程中，结构工程师往往会碰见空间与平面形体繁杂的高层建筑图纸，在多种因素的制约下，很难将这种繁杂结构设计成有规则性的整体，这就需要依靠建立一些防震缝来保证工程项目的质量。在建立防震缝的时候，应该注意以下两点内容：一是如果建立防震缝两侧的设施并不相同或者对地震的抗力不同，就应该按照不利一侧结构进行建立；二是如果出现临近建筑沉降超出限值的情况，就应该建立沉降的防震缝。

五、结论

在项目建设过程中，高层建筑结构呈现的不规则性会或多或少地对主体结构的占地规模、基础设施分布等方面造成不利，进而影响了建筑的经济效益和社会效益。在规划不规则性的高层建筑结构时，相关的设计人员应该采用先进的设计技术，尽可能地降低因建筑的不规则性而带来的高层建筑结构扭转效应，以削弱其引发的负面影响，在保证工程质量的同时，还能体现建筑不规则的外观特色。

参考文献：

[1]马恺泽，刘伯权.高层建筑结构抗震性能评估方法的研究与改进[J].建筑科学与工程学报.2012（4）

[2]金鑫.与高层建筑结构不规则性有关的核心问题分析[J].科技信息，2012（35）

[3]曹军.高层建筑结构设计中平面不规则问题的分析与抗震措施.中华建设，2012（22）