高层建筑不规则结构设计应用研究

邓捷

【摘要】现代城市发展迅速，城市内土地资源随之紧张，高层建筑成为城市发展主流。再加上人们生活水平的攀升，针对建筑物的要求不再集中于实用和功能层面，在建筑设计上提出了多样化的要求。在此背景下，高层建筑的结构设计开始趋向于不规则方向转变，通过设计不规则的建筑外形，能够促使高层建筑展现出个性化及多样化的特点，不但充分满足人们审美需求，同时解决诸多实际问题。然而，不规则建筑外形之下结构设计的难度明显较大，在具体运用当中有很多注意要点。为此，本文针对高层建筑不规则结构设计的类型进行分析，明晰在实际应用中的要求以供参考。

【关键词】高层建筑;不规则结构设计;应用要求

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.19.039

高层建筑不规则结构设计应用的目的在于，充分保障建筑自身功能及結构合理性的同时，突显出建筑的个性及美感，通过不规则元素促使建筑物形状特异、错落有致，极大的增强建筑的灵动性、观赏性，给人别样的视觉效果，像北京的鸟巢建筑就是典型的不规则结构设计代表。如今国内越来越多高层建筑采用的都是不规则结构设计，这表明我国建筑结构水平的进步和提升。但是，高层建筑不规则结构设计相比普通结构设计而言，难度更大，安全性要求更高。为此，以下针对高层建筑不规则结构设计的类型及应用要求进行论述：

1、高层建筑不规则结构设计的类型

1.1 竖向不规则结构设计类型

竖向不规则结构设计在类型上可细分为三个方面：（1）侧向刚度不规则结构类型。该类型具体指某楼层的侧向刚度数值处于上层楼层的70%范畴，因此这一楼层被界定为不规则性楼层。（2）抗侧力构件不规则结构类型。该类型是指建筑竖直方向的结构抗侧力构件所具备的连贯性明显不足，其相应的结构受力具体依托所设置的水平设施来传递。（3）楼层承载力突变结构类型[1]。该类型具体指建筑楼层之间产生的相应的重力变化，也就是某楼层自身重量超出下层楼层的1.5倍。该类型重点突出了楼层间的承载力差值，并且具体承载力也是呈由上至下递减的趋势。

1.2 平面不规则结构设计类型

该结构设计的类型在内容上可从以下方面展开：（1）平面刚度偏心。平面刚度主要涵盖平面外和平面内刚度，其中针对的平面外刚度主要指建筑垂直荷载方向的刚度值，而平面内刚度则是指荷载作用方向的刚度值。在高层建筑结构当中，相应的结构模型、具体施工环境及所承受的荷载值等，都和相应的设计方案之间存在较为明显的差距，因此很容易产生平面刚度偏心情况。（2）平面质量偏心。具体是设计尺寸差距明显的结构平面过程中，很有可能出现质量偏心。再就是因为施工条件和相应设计结构的差异，也将由此导致明显的质量偏心情况。在设计平面不规则结构时，针对偏心问题，需采用简化效应方式来提升结构本身强度，整个过程要求切实符合相关规定及标准要求。（3）平面强度偏心。建筑的平面结构设计中，通常结构的应变和应力都和简化空间模型之间存在较为密切的联系。这其中平面应变具体指同一平面内的所有应变，而平面应力则是指同一平面当中的所有应力。在相应的高层建筑结构设计当中，很容易忽视平面强度偏心所带来的影响。主要是因为设计当中存在的钢构件、钢筋型号及混凝土的配置等本身存在一定的不确定性。因此，建筑的不规则结构设计强度与实际强度之间将存在较为显著的差异，由此将很容易产生强度偏心的情况，这种情况难以有效控制，因此需要高度重视。

2、高层建筑不规则结构设计应用要求

2.1 强化抗扭和抗侧刚度

为切实控制高层建筑不规则结构扭转效应，在实际设计当中要求结合实际情况来增强建筑结构的抗扭和抗侧刚度。具体需要深入分析高层建筑不规则结构类型，明确高层建筑结构产生扭转效应的特点。这就要求在高层建筑不规则结构设计当中，需要持续削减建筑自身扭转振动周期，由此控制高层建筑主体结构的扭转效应。在分析建筑剪力墙结构时，可借助调整墙体位置和截面尺寸及实操当中依托主体结构实际情况来进行优化调整，从而在此基础上持续减少主体结构扭转振动周期，最终实现扭转效应的有效控制。再就是适度调整边缘梁截面尺寸，也将由此达成调整和改善建筑抗扭和抗侧刚度的效果。

2.2 控制建筑相对偏心距

可通过比对有效控制不规则结构扭转的效果，其原理是高层建筑结构本身相对偏心距和扭转效应呈线性函数关系。也即是可借助控制建筑楼体间的位移来持续降低其主体结构的扭转效应引发的影响。在此基础上，还需在不规则结构设计当中适度控制建筑结构的相对偏心距，由此来完善高层建筑结构的平面及空间分布情况，最终切实提升建筑结构的安全、稳定性。并且，在建筑实际施工当中，还需尽可能的缩小高层建筑结构的相对偏心距。这就需要结合高层建筑相关数值进行测量分析，由此制定出科学、完善的相对偏心距优化方案，同时在具体设计当中标明相对偏心距位置，并深入分析相关数据信息，由此来切实保障高层建筑不规则结构设计的科学、合理性[2]。

2.3 强化抗剪强度

针对高层建筑抗剪强度的强化是有效控制不规则结构扭转效应的常见方法，主要因为单纯依靠协调主体结构分布难以实现对不规则结构扭转效应的有效控制，如结构抗剪强度不足，一旦外力作用较普通情况明显增大，则主体结构很容易遭受破坏。结合相关研究可知，当高层建筑长时间处在弹性阶段时，则其结构将呈现最初的规则性，而当受到地震作用影响时，则其结构将由此形成具有偏心缺陷的不规则结构。所以，为了保障高层建筑的抗震性，应当切实提升主体结构的构件抗剪强度，这样才能够保障高层建筑遭受外力作用时，能够依托自身弹性作用回归正常状态。

2.4 增设防震缝

在高层建筑不规则结构设计当中增设防震缝能够有效控制建筑本身的扭转效应。通常高层建筑的不规则结构设计都将运用较为复杂的结构形式，但大都因为一系列现实因素影响，导致难以科学合理设置规则化的平面结构。因此，可采用增设防震缝的方式来将复杂的建筑结构转变为相对简单的结构单元。整个过程需要注意，针对不同结构体系、建筑高度及不同作用的地震效应，需结合实际情况来控制好防震缝的位置及宽度值。再就是，如果相近结构沉降差相对较大时，也可以采取增设防震缝的形式来起到沉降缝的效果。

结语：

综上，现代高层建筑应用不规则结构设计已是主流趋势，不但能够提升建筑个性及美观性，还将有效解决各种诸如自然环境、空间分布及工程造价等多方面矛盾问题。在实际设计当中，不管是竖向还是平面不规则结构，都必须依托科学设计理念，控制好不规则结构的扭转效应，由此才能符合规范设计要求，实现建筑外形多样性的同时保障建筑结构安全、耐久。

参考文献：

[1]毛维帅.高层建筑不规则结构设计研究[J].绿色环保建材，2020，No.160（06）：103+106.

[2]孙凌.关于高层建筑不规则结构设计的应用分析[J].建材与装饰，2019，No.576（15）：100-101.