简析不规则结构设计在高层建筑的应用

李光茂

摘要：由于人们的物质生活得到了极大的满足，所以人们对精神文明的追求也越来越高，在现代化的建筑设计中，对个性的追求越来越多，具有创意的高层建筑逐渐受到了人们的认可与喜欢，所以越来越多的年轻设计师，在设计高层建筑结构时，加入很多创意的思维，但是不规则的建筑结构虽然标新立异，但是也给施工带来了一定难度，对施工人员的技术水平提出了更高的要求。介绍了高层建筑中不规则结构建筑的现状、高层建筑不规则结构的类型、以及不规则高层建筑结构应采取的措施。目前很多高层建筑在结构上表现出不规则的特性，对现代建筑设计技术提出了极为严峻的挑战，进而提高了结构工程师对一些建筑在结构设计方面的要求。

关键词：高层建筑 结构布置 不规则性 结构设计

高层建筑发展一直伴随着社会生产力的不断进步，成为现代城市的标志。信息社会的到来，带来了大量新技术和新思想，带动了人与人、人与社会之间关联性的加强，同时也推动高层建筑的进一步发展。高层建筑作为城市发展的重要元素，越来越受到人们的重视，而高层建筑开放趋势的发展成为社会、技术、经济发展的必然。 本文主要以高层建筑的发展历程为起点，引用系统开放性原理，分析高层建筑产生的背景和高层建筑的生存现状（即高层建筑与它所在的城市环境的互动关系），从而建立高层建筑開放体系的框架，分析其间影响高层建筑开放性的相关因素，挖掘高层建筑开放性的内涵与特征。首先，分析了高层建筑开放性的影响因素，从社会需求的改变、建筑技术的推动、设计理念的变迁和城市环境的改变四个方面，分析促进高层建筑开放性发展的内因和外因。其次，进一步分析了高层建筑开放的“度”，从而更好的理解高层建筑开放性的含义。高层建筑在规划中与城市的互溶互动、对环境的相互影响、高层建筑主体的开放，如内部空间的灵活划分、共享空间的引入、底部空间的开放和屋顶花园的设置等，这些设计不仅使高层建筑形象更加丰富，同时也是高层建筑开放性的表现形式。最后以高层建筑开放体系的构建为出发点，结合高层建筑自身的特点，通过高层建筑内在结构、空间特征和对声光热等物理环境的改善等方面来分析现代高层建筑的构建方式，使建筑可以达到节能减排、废水再利用以及自然通风、采光和隔绝噪音等目的，最终达到高层建筑与城市空间的协调统一发展。 对高层建筑的开放性研究，旨在引起对高层建筑新变化的关注，以及对当代高层建筑设计提供一定的参考和借鉴。

1. 甚本概念不清的问题

在结构设计中，首先应正确选择设计简图，再根据作用在结构上 的荷载选择合适的计算方法进行力学分析，然后进行截面设计，在设 计中必须认真对待每一步骤，才能保证工程设计的质量。但有时会出 现图省亊随意简化设计的情况，计算假定与实际结构不符，对于力学 分析复杂的构件，时常忽略一些必要的计算数据，如自振周期、层间位 移比、稳定、变形、裂缝、挠度等，而造成工程质量隐患。如一 T字型的 16层楼，一层转换。该楼为T型，属于凹凸不规则;转换则属于竖向抗 侧力构件不连续;考虑地震力偶然偏心时层间位移比大于1.2，属于扭 转不规则，共有三项抗震规范3.4.2条规定的平面及竖向不规则类型， 所以是严重不规则结构。设计时应注意调整外围剪力墙，使层间位移 比小于1.2，，转换层的刚度不小于相邻上部楼层側向刚度的70%及其 上相邻三层侧向刚度的80%，全面的严格的控制结果，使其符合抗* 设计要求，不能只是看到梁柱没有超筋就认为设计通过了。

2. 盲目筒化设计的问题

（1） 基础设计都不是只凭地基承载力一值来确定的，还要综合考 虑土层沿水平及垂直方向上的变化、土质物理力学指标、有无地质异 常、原有坑道、地下水位深度等因素，而且上部结构也要结合地质情况 确定选型和做必要的技术处理。有的工程因甲方或施工单位图省事、 省工期及其它原因使得地质勘査深度不够或不按要求做必要的地基 处理，给建筑造成较大的工程隐患或因无根据的保守造成浪费。（2） 设计中涉及到的一些设计参数、折减系数或放大系数，没有严 格按照规范和设计假定取值，使计算结果与实际情况有较大的出人。（3） 由于地基变形的控制是地基安全的基本控制之一，地基变形 的差异（不均匀沉降）对结构设计尤为重要，它常是导致建筑物产生裂 缝的重要原因，因此不能忽视地基变形的验算，同时还应根据建筑所 受荷载、结构形式、局部地质变化等因索做不均匀沉降的综合判断或 计算，采取相应的技术处理。

3. 软件应用不当的问题

随着计算机技术的发展和结构设计软件的不断完善与广泛应用， 工程设计人员摆脱了繁杂的计算和绘图等手工劳动，减轻了工作量， 提高了效率。然而对初学者来说，对软件的模型原理、技术条件理解不 够深入，对参数取值不当，对计算结果缺乏辨析能力，会使设计出现一 定的错误。在运用结构设计软件时，除了正确输入几何及荷载数据之 外，对荷载传递结果一定要进行分析和判别。另外，手箅基本结构和构 件，有助于对基本概念的理解，手算能力的提髙及计算经验的积累，对 于软件结果的正误判别和验算是很有好处的。

4. 设计考虑不周引起的问题

我们在做一个工程项目之前，首先要熟悉当前设计所涉及到的设 计规范、构件抗震构造要求，翻阅相关的技术设计手册和标准图集，敲 汇贯通，不能断章取义，盲目地拷贝以前的设计，另外要结合规范要求 对计算结果进行整体全面的分析。例如钢结构设计中，刚架要采用较 薄的钢板做成较大的截面，才能增大梁、柱的稳定系数，充分发挥钢材 的强度。要使截面的钢板薄，就一定要按考虑工字形截面腹板屈曲后 的强度利用。不管是〈门式刚架轻型钢结构技术规程》还是（钢结构设 计规范 >，工字形梁、柱都允许腹板局部失稳。如果我们没有考虑这一 点，柱子的腹板取值就相应的厚一些，厂房的用钢董就比较髙。在用 STS计算时，图形结果中的应力比是按全截面有效计算的，必须检査 文本结果PK11.0UT才可以査到梁、柱腹板屈曲后的有效截面强度以 及腹板的髙厚比是否超限。重级工作制吊车梁需要验箅疲劳破坏，所 用钢材要求根据工作温度保证相应的冲击韧性，而中级工作制吊车梁 只有吊车吨位不小于501时才要求保证相应工作温度下的冲击韧性， 所以设计之前有必要对不同形式不同荷载级别下的结构有一个明确 的整体的分析和区分。在钢筋混凝土结构设计中，对设计软件自动成 图的选筋结果，如果不进行合理的调整归并，以及与相关构件的配筋 数量及位置相协调，很可能造成施工不便，有的就无法施工。

总结

现阶段，随着城市化进程的进一步推进，高层建筑尤其是不规则高层建筑大量出现，结构设计中经常出现不规则性质，极大程度上影响了现代高层建筑设计，使得建筑结构时需要具备更高的分析要求和更复杂的分析精度，文本主要分析了发展现状，基本结构，以及实际应用不规则性的情况，为进一步研究和分析高层建筑提供依据和参考。本文列举了一些结构设计中可能存在的问题，希望能给大一些参考和启示，引起结构设计者尤其是初学者的重视，避免质量事故的发 生，设计出安全、经济、适用的建筑来。论述了当前高层建筑结构设计不规则性的特点和形势，介绍了其划分及包 含的结构类型，并且分析其在建筑设计领域中的应用情况，为高层建筑的结构设计提供了重要的参考依据，旨在使结构工程师能够设计出高水准的高层建筑。

参考文献

[1] 杨文渊，桥梁施工工程师手册，人民交通出版社.2017.

[2] 陈忠汉，程丽萍，深基坑工程，机械工业出版社.2018