高层建筑不规则结构设计探讨

童 利

（中铁工程设计院有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430070）

0 引言

在进行不规则结构设计的时候，需要了解相关的不规则结构类型，然后了解其具备的优点与缺点，最后是根据建筑设计的需求，选择合适的设计方式，并且可以实现美观与安全的统一。

1 常见的不规则结构类型分析

对于建筑设计行业而言，针对不规则结构的划分，主要分为两类，竖向不规则与平面不规则。所谓竖向不规则，就是指楼层载荷力突变、侧向刚度不规则、层间质量剧变结构等；平面不规则就是指楼板部分不连续、凹凸不规则、扭转不规则等，具体内容如下：

1.1 竖向不规则分析

①楼层载荷力突变结构：某一个楼层结构的抗侧力结构受剪承载力呈现从下到上依次递减的原则，每一层比其上一楼层减少大约百分之八十。②侧向刚度不规则结构：该类竖向不规则结构可以细分为两类情况，第一类情况就是结构楼层的侧向刚度比其相邻上一层的减少大约百分之七十，或者比相邻的上部三个楼层侧向刚度平均值减少大约百分之八十；另一类情况就是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百分之二十五。③层间质量剧变结构：在某个结构中，下一层楼会比相邻的楼层质量小1.5 倍左右，那么此类结构称为层间质量剧变结构。

1.2 平面不规则结构类型

①板楼部分不连续：具体就是指开洞后的每一边的净宽长度都小于两米，并且任意一个方向的最小净宽长度都小于五米。②凹凸不规则：此类不规则结构主要是指该楼层的结构平面是呈现不规则形状，凹进去或凸出来的。因此，对于不规则一边的尺寸，有两类特殊情况，第一是大于相应投影方向上总尺寸的百分之三十五，第二是结构平面中部两侧收进的总尺寸超过平面宽度的百分五十，那么这两类情况都可以归结为凹凸不规则结构。③扭转不规则结构：这类不规则结构通常是将偶然受偏心影响的规定水平地震力作用考虑在内，也主要分为两类情况，第一类就是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，第二类就是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，那么这两类情况都属于扭转不规则结构。

2 高层建筑用不规则设计的优点与缺点分析

2.1 高层建筑不规则结构设计的优点

对于高层建筑而言，其不规则结构设计已经受到了越来越多人的喜爱和支持，被广泛运用到高层建筑设计中，成为一种新型建筑美学的象征，因此，对于高层建筑不规则设计的优点还是有很多的，具体表现为：

①对于高层建筑而言，它传递了一种新的设计美观，打破了人们固有的常态思维，建筑设计不再是单调的讲究对称、协调等设计方式，而是开始追求大胆突破、潮流新颖、自由个性化等，为传统的建筑设计注入了新的元素，推动了现在高层建筑艺术文化的个性化发展。

②随着社会的进步与发展，不规则建筑物也带动了艺术文化的发展，对于高层建筑的不规则设计而言，已经融入到了人们的生活中，成为了高层建筑设计的新型审美观念，可以使城市的建筑更有特色，更具知名度和影响力，也推动了城市的发展。同时个性化的不规则建筑设计，也代表了人们日益增长的精神需求，体现了现代都市的个性潮流和趋势。

2.2 高层建筑不规则结构设计的缺点

虽然高层建筑不规则结构设计具有很多优点，也开始融入到建筑设计行业中，慢慢符合了人们的审美需求，但是也具有一些缺点和不足，具体如下：

①在进行高层建筑不规则结构设计的时候，如果采用了平面不规则结构类型进行设计，虽然具有一定的美观度，但是从建筑质量方面考虑，会出现一些问题，例如建筑物的平面形状、质量、刚度、承受力等方面，都会出现偏心、偏移等现象。因此，在这种条件下，设计而成的建筑物会有很多的安全隐患和质量问题。

②对于高层建筑施工而言，一般不规则的建筑物进行施工的时候，其投入的人力、时间、造价等成本会比一般的建筑物投入的较多。同时，如果发生地震、扒暴雨等自然灾害，其抗灾的能力也较差，所遭受的破坏会更多。

3 高层建筑不规则结构的设计运用

在高层建筑的不规则结构设计的时候，都是按照设计院的设计图纸进行规范性施工。与此同时，在进行不规则结构设计的时候，还需要考虑不规则结构自身的特征，进行针对性设计分析和运用。

3.1 充分利用地面空间实现平衡

在进行高层建筑的不规则结构设计的时候，重点需要考虑其稳定性与平衡性。因此，需要科学、合理的利用建筑区域的地面空间，可以使得建筑物在地面上保持最佳的平衡和稳定，这样就算进行了一些列不规则的建筑设计，建筑物也是非常稳定的，不会出现偏心的现象，建筑物更加安全与可靠，因此，充分利用地面的区域面积和空间在建筑设计中占据着十分重要的位置。

3.2 确保高层建筑结构的相对偏心距维持在合理范围之内

因为是属于不规则结构的高层建筑，那么都会存在扭转效应偏高的现象，同时，扭转效应与高层建筑结构相对偏心距也存在着线性关系。所以，在进行设计的时候，需要确保可以将高层建筑结构的相对偏心距维持在合理范围之内，具体操作如下：第一，初步进行规划设计的时候，数值需要精确到高层建筑的每一个结构面，而且是反复计算和考量的，避免出现任何计算上的失误；第二，对建筑的平面图进行设计布局的调整，并且结合现场的实际情况反复斟酌，确保设计布局的安全、可靠性；第三，邀请专家进行技术指导，并且再次进行相关的计算和考量，做到精确、无遗漏，避免出现任何一点的误差。

3.3 提升建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力

因为属于高层建筑，随时会面临着各式各样的自然灾害，因此，在初步进行规划设计的时候，需要考虑到抗震等特殊运用。一般情况下，在进行不规则结构设计的时候，首先需要了解相关的建筑的抗震规范要求，然后根据建筑物的实际情况进行科学、合理的调整，其主要的目的是提升高层建筑结构周边抗扭转构件的抗剪力，从而可以促进抗剪强度的提高，该类方式可以有效提升在外力作用较大的情况下，高层建筑的抗压能力，从而避免外在建筑的破坏和损失。

4 结语

总而言之，对于高层建筑行业而言，不规则结构设计是一项重大的突破，也打破了传统的设计理念，开始追求不一样的审美，并且慢慢被大众所接受。本文详细说明了常见的不规则结构类型，然后列举了其优点与不足，最后阐述了不规则设计的运用，强调了设计美感与安全性相结合的重要性，以促进高层建筑的长远发展。