高层建筑不规则结构设计的应用研究

唐学红

（辽宁屹立设计有限公司，沈阳110000）

1 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。

2 不规则建筑设计特点分析

现代建筑中，不规则建筑分为平面不规则与竖向不规则2种。平面不规则建筑又包括楼板局部不连续、扭转不规则以及凹凸不规则3种；竖向不规则主要指楼层的侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续以及楼层承载力突变[1]。下文主要对这2种不规则建筑进行论述。

2.1 平面不规则特点

在现代建筑中，平面不规则主要有3种表现形式：（1）楼板局部不规则。即楼板的尺寸和平面刚度急剧变化。例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或有较大的楼层错层。（2）建筑外形凹凸不平，这种不规则类型主要表现为建筑某一结构面会向下或向内凹陷，且有具体的凹陷尺寸，如商场的设计。（3）扭转不规则。即在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍[2]。

2.2 建筑竖向不规则的特点

在建筑不规则设计中，平面不规则是建筑不规则的一种类型，竖向不规则也是建筑不规则的一种表现类型，通常将竖向不规则类型的特点分为以下几点：（1）建筑的侧向刚度不规则，判断建筑是否为侧向刚度不规则的标准为侧向刚度值，如果某楼层的侧向刚度与上一楼层的侧向刚度值相比较小，并小于上一楼层的70%，并且水平向的收进尺寸比下一楼层的水平向收进尺寸大，且大于25%，那么可以将这一建筑判断为侧向刚度不规则；（2）竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递，为竖向不规则；（3）竖向不规则设计类型的判读标准为楼层的承载力，如果楼层的承载力发生变化，并且楼层间的抗侧力结构受到的剪力小于上一层的结构受到剪力的80%，那么可判断建筑为竖向不规则类型[3]。

3 高层建筑结构设计过程

高层建筑结构设计过程大致上可以分为3个阶段：结构方案设计阶段、计算阶段以及施工图设计阶段。

3.1 建筑结构方案设计

根据建筑的主体结构以及建筑所处区域的地质勘查报告等内容进行结构设计。建筑的结构形式中，既包括建筑的框架结构，也包括框剪结构、剪力墙结构、筒体结构、混合结构、砖混结构等内容，确定这些结构形式后，需要根据不同的结构形式特点以及具体的要求对结构的承重体系以及受力构件进行合理的布置与设计。

3.2 建筑结构计算

在建筑结构的计算环节，首先需要进行荷载计算，荷载计算包含的内容较多，根据建筑部位，将荷载计算分为内部荷载与外部荷载，外部荷载中又包含许多内容，在计算过程中，必须严格按照相关计算公式与计算标准进行。

4高 层建筑设计中不规则结构应用

从当前我国高层建筑不规则结构的应用情况来看，高层建筑的不规则部位更容易受到外力的损害，因此，高层建筑不规则结构的设计要完善主体结构，而在建筑的结构设计中，主要依靠柱、墙、板、梁、楼梯等结构元素完成建筑结构设计，因此，在高层建筑结构设计中，要保证建筑结构的完整性，利用概念设计的方式确定具体的结构方案，确保建筑结构的合理性。

4.1 适当调整偏心距

在高层建筑不规则设计中，偏心距是一个重要因素，对建筑的质量有重要的影响。偏心距的测算需要依据其测算公式，根据受压构件的偏心测算原理，测算实际施工时的偏心距，并结合测算结果，对偏心距进行适当的调整，从而优化建筑的整体结构，同时对高层建筑的平面分布进行合理的调整，并使建筑结构的安全性与稳定性得到保证。

4.2 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。

4.3 科学规划不规则部件，并做好降震措施

在高层建筑不规则设计的施工过程中，会遇到各种影响因素，为尽量避免客观因素的影响，需要在设计环节对这些影响因素进行综合考虑，并做好合理的规划，为施工提供便利。此外，在施工中，可以通过一些防震措施降低施工风险，例如，在高层建筑周围设置防震缝，通过防震缝缓解地震力对房屋的冲击，起到对建筑的保护作用。

5 结语

综上所述，高层建筑结构不规则设计已成为现代建筑设计与发展的趋势，不规则设计不仅能凸显建筑的特色，还能起到美化城市的作用，但是在追求建筑艺术性的同时，仍要重视建筑的质量，进而提升建筑的舒适性与安全性。