高层建筑不规则结构设计的应用研究

方春树

（上海经纬建筑规划设计研究院股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230022）

引言

在保证建筑功能完善，结构体系合理的同时，应彰显建筑的个性和美感，因此，进行高层建筑设计时，可融入不对称结构以及不规则结构设计。例如，在高层建筑中，加入不规则设计元素，使建筑高低错落有致，凸凹大小不一，一扫建筑的平庸与呆板，增强建筑的浪漫与灵动，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鸟巢建筑，沈阳盛京大剧院都是建筑与艺术的完美结合，是不规则设计的精美之作。然而，要实现不规则设计，并非易事，需要调动建筑师的灵感与智慧，并进行多次计算复核与优化设计，以保证高层建筑的使用功能与美观相统一。

一、高层建筑不规则结构类型

平面不规则结构与竖向不规则结构是高层建筑不规则结构中的两种主要类型，平面不规则结构主要体现在高层建筑平面扭曲，导致结构呈现不规则现象。高层建筑平面不规则中扭转不规则结构的判断标准主要是，在规定水平力下每一楼层自身最大的弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端的弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。竖向不规则的类型，侧向刚度不规则：判断的标准是该楼层的侧向刚度值小于与其相邻上一楼层的70%，或者小于该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%，排除顶层不算，楼层局部收进的水平向尺寸大于其相邻下一层的25%。竖向抗侧力构件不连续：判断标准是竖直方向上的抗侧力构件的内力通过水平转换构件而向下传递。

二、高层建筑不规则结构设计的应用

（一）尽量减少不规则结构的偏心距

通过一定的实践经验，我们可以得知，在进行高层建筑不规则结构设计的过程中，结构的偏心距与扭转效应之间的关系为线性关系。为了有效的降低高层建筑不规则结构可能发生的扭转效应，尽量降低楼层的位移比，需要对建筑结构中的平面结构进行适当的调整，确保结构的刚度中心与质量中心能够更加一致。在具体的施工中，需要对刚度结构进行初步的分析，并对不符合设计规范的建筑平面结构设计进行适当的调整，根据初步设计结果，能够确定建筑结构的刚度中心与质量中心。再将其与相关资料以及设计经验结合，对建筑结构的刚度进行准确的判断与分析，再将其与理论上的质量中心进行比较，对结构的抗侧力进行合理的调整。

（二）对高层建筑结构的刚度进行科学合理的改进

除了上述所说的建筑结构的偏心距和扭转效应之间存在一定的线性关系，在建筑结构周期和扭转效应之间也存在相应的现性关系。所以，在高层建筑结构设计中，要根据不规则建筑结构的实际周期长度情况采取不同的降低措施。特别是在剪力墙结构的情况下，应该对强立墙（周围剪力墙尤其是与刚心距离最远剪力墙）重点关注，保障设计的科学合理性，增加建筑结构中的扭转刚度，对扭转周期进行合理的降低，并提升拉梁的刚度。

（三）增加建筑抗侧刚度

高层建筑的不规则设计与实际施工不可避免地会出现一些差异，因此，在对高层建筑进行不规则设计时，需要提高建筑的抗侧刚度与抗扭刚度，根据工程概况适当增加剪力墙面积，从而提高建筑结构的稳定性，或通过增加剪力墙厚度的方式使建筑结构的稳定性得到有效保证。除此之外，距离建筑物刚度中心较远的剪力墙也是影响结构稳定性的重要因素，在进行高层建筑不规则性结构设计时，也要注意该监理墙设计的合理性。

（四）提升建筑抗扭结构的抗剪力

在高层建筑结构受到很强震动的影响下，如果只是对结构采取调整或改变结构布置的方式，无法确保结构的设计完全符合设计规范。因此，在进行建筑结构设计时，必须保证纵横安全性，借鉴以往的实践经验，在高层建筑结构设计的非弹性时期，结构会在水平方向上受到一定的震动影响，由于设计状态需要不断发生改变，会造成建筑结构出现偏心现象，因此，需要有效的提升建筑结构的抗剪性，提升建筑结构的强度，确保在受到强烈震动的影响时，建筑结构能够保持足够的整体弹性，以便有效的提升建筑结构的抗震性能。

（五）重视对高层建筑中防震缝的设置

防震缝主要用于结构不规则且建筑外形比较复杂的情况，通过防震缝的设置可以将建筑物划分为形体简单的建筑物和结构规则的建筑物。采用防震缝主要目的是在于提高建筑物的整体抗震能力。防震缝的设计一般是采用两种模式，即双墙建筑模式和双柱建筑模式。如果建筑主体结构相对比较复杂，不具备防震缝的设置条件时，则需要对建筑物中相对比较容易发生受损的部位进行强化加固处理，以保证该建筑的稳定性。

结语

综上所述，不规则建筑结构不仅是我国目前的建筑结构设计中普遍现象，它也是高层建筑结构设计中的重要组成部分中的一种。重视并加强对高层建筑结构设计中不规则性的研究和分析，能有效提升建筑结构的安全性和稳定性，保障建筑物的整体质量，延长建筑物的使用期限，保障人民的生命和财产安全。要更好的实现这一目标，则需要采取有效的措施，避免并减少不规则结构设计带来的影响，全面提升建筑设计人员的设计水平和能力，在体现建筑结构个性特色的同时提升建筑物的抗震能力，保障建筑的整体质量。同时也使建筑企业获取更多的经济效益和社会效益，促进建筑行业健康稳定的发展。