高层建筑不规则结构设计探讨

方光银

湖北省咸宁市佳成建筑勘察设计有限公司 湖北 咸宁 437000

一、常见的不规则结构类型

（一）竖向不规则结构

首先是楼层荷载力的突变。在某个楼层中，抗侧力结构的承载分布，表现出自下而上递减的规律[1]。也就是说每一层的受剪承载力，都是要比上一层有所减少。其次是侧向刚度的突变。这类的不规则结构，有两种不同的类型。第一种类型，就是楼层侧向的高度，要比相邻上层有一定减少，或者是要比相邻的上三层侧向高度减少平均80%。另外就是除了建筑的顶楼，其他的楼层存在局部收进比相邻下层高25%左右的情况。还有一种不规则结构，就是层间的质量不规则变化情况。在这种不规则结构中，下层楼层总是要比相邻楼层要在质量方面有所减小，一般情况下是小1.5 倍。

（二）平面不规则结构的类型

首先是板楼不连续的情况，就是在建筑的板楼中，开洞之后的每个边，长度都在两米之内，同时任何一个方向上的宽度，都是在五米之内。

其次是凸凹不规则的形式，这种不规则结构，就是楼层的平面形状是不规则的，有一些凸凹的情况，一边的尺寸是不规则的，有两种情况是比较特殊的。第一种是大于投影方向的总尺寸35%[2]。其次是在楼层的平面中间，两侧收进的尺寸要超过宽度的50%。这些都是属于凸凹不规则的范畴。

最后是扭转不规则。这种不规则结构，一般情况下是将偏心影响下的水平地震力都考虑到结构设计中，一些情况下，是楼层结构本身的水平位以及层面位移，超越了楼层平均值的120%。或者是以结构扭转为主要的形式。第一自振周期，相比于平动为主的自振周期，比例要超过0.9 。

二、高层建筑不规则结构设计的优缺点

（一）高层建筑结构不规则设计的有点

对高层建筑来说，在建筑结构中采取不规则设计，逐渐受到人们的支持以及喜爱，被运用到很多的建筑中，成为建筑美学的一种新趋势。因此在高层运用不规则设计，其实是有很多有点的。

首先是从美学的角度，不规则设计的出现，传递的是新的设计审美观，对高层建筑更是如此，将以往人们只注重对称美的设计观点改变，让建筑的设计，不再仅仅是讲究对称和协调，而是开始实现大胆创新，崇尚自由化以及个性化的设计方式，为建筑设计融入了新的元素，因此不规则设计其实是个性化设计的一种体现，对建筑设计的整体发展，会起到一定的推动作用。

其次是社会迅速发展，高层不规则建筑，也对艺术文化有一定的推动作用，对于当下的不规则设计来说，不规则建筑开始进入到人们的现实生活，成为很多高层建筑的一种新审美观，让城市建筑展现出更多的特色以及美观性，提升城市建筑的影响力以及知名度，并促进城市的高速发展，推动建筑结构个性化设计，其实也可以从中看出人们的精神需求其实是在不断提升的。

（二）不规则设计的缺点

不规则设计有着诸多的缺陷存在，这些开始被行业关注，不规则设计符合了现代人们对建筑审美的需求，但是这些缺点也是不可忽视的。首先是在高层建筑中展开不规则设计，若是运用平面不规则设计，虽然最后建筑结构的美观度会有一定的提升，但是从建筑的质量上看，其实会留下诸多的问题。比如建筑的刚度、平面形状以及质量等，这些其实都会有一定的偏心和偏移的情况，这种情况下，建筑设计出来其实是有一定质量隐患以及安全隐患的。

其次是对高层建筑来说，若是运用不规则设计，在实际的施工中，运用的人力以及时间成本都是要更高，建筑造价也会有所提升，一旦有地震灾害发生，不规则高层建筑的抵御能力，要抵御传统的结构设计形式，受到的破坏会更加严重。所以在高层建筑中运用不规则设计，一定要对这些外部因素展开考虑，不规则设计的实际应用中，需要尽量维护好建筑结构的安全性。

三、高层建筑结构不规则设计的应用

（一）充分利用地面空间实现平衡

在高层结构应用不规则设计中，需要对建筑的稳定性以及平衡性进行重点考虑，需要对地面空间展开合理以及充分应用，让建筑在地面上，保持良好平衡。这样即便是开展不规则设计，也是可以让建筑保持足够的稳定性，不会有偏心的情况出现，建筑就会非常可靠以及安全。在不规则设计中，地面的区域面积以及空间，这些都是要考虑到的关键内容。

（二）保证高层建筑结构的相对偏心距在合理范围

不规则设计建筑很多时候会有扭转效应较高的情况，扭转效应和建筑偏心距是存在一定线形关系的，因此不规则设计中，需要保证建筑相对偏心距，在一个合理的范畴。在初步展开不规则设计的设计，要保证数值精确到每个结构面上，并且需要反复展开计算以及考察，避免其中任何的计算错误。其次对建筑平面图展开设计和调整的阶段，需要结合工程现场的情况，不断对设计方案进行斟酌，保证布局的可靠性以及合理性。最后是要让相关专家展开技术指导，再次展开计算以及考量，做到算无遗漏，在其中要避免任何误差出现。

（三）提升建筑周边抗扭矩构件的抗剪力

高层建筑本身要具备对各类灾害的抵御能力，在不规则设计的初步开展中，需要对抗震的情况进行考虑，通常情况在不规则设计中，要对抗震规范加强了解，并结合建筑的具体情况，对设计方案展开适当调整，主要是提升高层建筑周围的抗扭转构件本身的抗剪力，让建筑具备更强的抗剪强度。

四、针对建筑结构不规则的解决办法

不规则结构的设计建设中，建筑质量受到内部构造以及功能需求等方面影响，各结构难以形成统一整体，而解决不规则设计的主要思路，就是解决荷载作用下，应力集中的问题。因为困扰不规则设计的主要因素，就是在外荷载作用下，不规则结构容易出现应力集。可以让建筑不规则结构的各部分构件，形成一个整体，实现稳定连接，避免这一问题。那么就要对建筑的体型做出适当调整，做到在不规则设计情况下，尽量保证结构规则，另外是在应力集中的位置，材料应用要适当增加。设计人员，要结合工程的构造，对涉及到的各方面展开规划设计，解决应力相对集中的问题，建筑结构保持稳定和可靠。

结论：总之，高层建筑中运用不规则设计，是当下建筑设计的一种趋势，其中很多的问题是需要慎重考虑的，需要加强对不规则设计的合理应用。