高层建筑结构设计不规则性的研究与应用

2016-02-17王振雄景其增中机中联工程有限公司重庆400039

中国房地产业 2016年3期

文/王振雄、景其增中机中联工程有限公司重庆 400039

高层建筑结构设计不规则性的研究与应用

文/王振雄、景其增中机中联工程有限公司重庆 400039

【摘要】近年来随着城镇化建设规模的不断扩大，城市建设用地趋于紧张，在此背景下高层建筑便引起人们的青睐与广泛关注。再加上人们对建筑审美观念的提高，越来越多的高层建筑开始突破传统而是用不规则结构设计。然而不规则结构的应用给设计人员带来的极大的挑战，因此本文重点针对当前常见的不规则结构以及高层建筑不规则结构的优缺点、特点展开研究，探讨在高层建筑结构设计中采用不规则结构应该注意的要点。

【关键词】高层建筑结构设计；不规则性；研究与应用

高层建筑结构设计一直是建筑设计领域研究的重点之一，在以往结构设计首先要考虑适用性、安全性以及可靠性，但近年来随着人们对建筑物审美观念的改变，不规则的高层结构逐渐受到人们的青睐，这也给设计人员的工作带来了更多的挑战[1]。因此，研究高层建筑结构设计中不规则结构的应用十分必要。

一、不规则结构的类型分析

建筑设计界对不规则结构进行了具体的分类，一般将其分为平面不规则与竖向不规则两种。平面不规则中又包括凹凸不规则、扭转不规则、楼板部分不连续等；而竖向不规则又包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力结构不连续以及楼层载荷力突变等。

（一）平面不规则结构类型

在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，结构楼层最大的水平位和层间位移超过该楼层平均值的1.2倍，或者结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比大于0.9，那么可以将这类结构归为扭转不规则结构。若结构平面凹进或凸出一侧的尺寸，大于相应投影方向上总尺寸的35%，或者结构平面中部两侧收进的总尺寸超过平面宽度的50%，那么这种结构被称为凹凸不规则结构。若结构楼板在任一方向的最小净宽小于5米且开洞后每一边的净宽小于2米，那么称这种结构为楼板的不连续结构。

（二）竖向不规则分析

结构楼层的侧向刚度比其相邻上一层的小70%或者比相邻的上部三个楼层侧向刚度平均值小80%；另外，除顶层以外的其他楼层的局部收进水平向尺寸比其相邻下一层超出25%；那么我们可以称这种结构为侧向刚度不规则结构。若某结构中楼层质量比其相邻下一楼层的质量大1.5倍，那么这种结构可以称为楼层间质量剧变结构。若某楼层间的抗侧力结构受剪承载力比其上一楼层小80%，那么则可以称这一结构为楼层载荷力突变结构。

二、现阶段高层建筑用不规则设计的优缺点及现状

（一）高层建筑不规则结构的优缺点

从上文中分析发现，高层建筑常见的不规则结构有平面不规则结构和竖向不规则结构两种，且这两种结构各有不足之处。

第一，平面不规则结构的特点分析。从建筑设计角度考虑，采用平面不规则设计的建筑物的平面质量、平面刚度、平面形状都会出现偏心。这种情况下，建筑的施工及其建筑物的安全性都会受到很大影响。

第二，从建筑设计实践来看，凡不规则结构的高层建筑项目，其设计和施工难度以及造价都高于其他普通高层建筑结构项目。而且，在建筑物受到地震等自然灾害时，往往会受到更大程度的破坏，损失较大。

但不规则结构并不是只有不足，其之所以在最近几年受到人们的青睐，证实因为这种结构与普通结构相比仍有许多可取之处。

第一，符合新时代人们的审美观念，使得城市面貌更加独树一帜，能够最大限度的体现出城市的个性化及与众不同，进而极大的满足了人们对于现代精神文明的不懈追求。

第二，改变了人们的固有观念，使得人们不再固守传统的对称、协调以及均匀等对建筑物的审美观念，鼓励了人们追求个性化、别致、新颖，极大的改变了现代建筑的风格，为推动当代建筑艺术的发展做出了重要贡献。

（二）现阶段不规则高层建筑设计的现状

当代众多城市建筑都尝试采用不规则结构设计，并且就实践成果来看，效果明显，所建成的建筑受到人们的广泛推崇，掀起了一股建筑行业发展的新热潮。

然而，仍然有部分建筑对不规则设计的应用不成熟，极大的增加了建筑施工的难度及成本，增大了建筑物的使用风险，故而我们需要了解不规则结构设计时应该注意的问题。

三、不规则结构设计应用中应该注意的问题及措施

在不规则结构设计的高层建筑建设过程中，除了要严格按照施工图纸、相关行业规章制度、行业规范等进行施工外，我们还需要针对不规则结构设计的特性，采取相应的措施。

（一）提高空间和地面应用的合理性

合理有效的利用建筑施工区域的空间及地面，能够使建筑物在空间和平面结构上保持对称，这样建筑物便不会出现较大的偏心作用，其建筑物稳固性自然得意大大提高，因此在进行不规则结构高层建筑施工时，合理利用空间和地面面积十分重要。

（二）使高层建筑结构相对偏心距保持在合理范围内

不规则结构高层建筑的扭转效应偏高，而扭转效应与高层建筑结构相对偏心距存在线性关系，因此在进行设计施工时要使高层建筑结构相对偏心距保持在合理范围内。需要做到：设计规划时反复计算高层建筑的每个结构，确保计算结果正确无误，然后对建筑结构的不规则平面布局进行调整，确保布局准确有效，最后还需要经验丰富的专业人士对设计中的相关数据进行反复计算验证，以确保将建筑结构刚度及分布情况了然于心[3]。总之，要尽一切可能将高层建筑结构相对偏心距保持在合理范围内。

（三）提高高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力

在进行设计时，可以根据抗震规范及建筑结构看抗震性能，合理增强高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力，进而提高抗剪强度，避免高层建筑在较大外力作用下而出现形态改变的现象。

（四）提高结构抗侧刚度

设计剪力墙时，科学合理的调节有效区域内剪力墙的长度、厚度，从而是高层建筑主体结构的抗扭刚度得到改进，进而降低建筑结构的扭转效应。另外，设计时也可以合理的应用防震缝，以提高建筑结构的稳定性。