高层建筑不规则结构设计探讨

吴茂铭

大象建筑设计有限公司 浙江杭州 310000

随着社会的发展和时代的不断推进，人们对于建筑的要求也在不断攀升。这也是近年来我们会看到越来越多性能丰富、构造特异的建筑体产生，且很多城市中不断有摩天大楼参数的原因。这些高层建筑及不规则的结构设计在满足人们视觉需求的同时，也极大增高了建筑结构设计的难度，并且使得建筑体的抗震性及安全稳定性更难得到有效保障。对于高层不规则建筑的结构设计中有很多值得注意的技术要点，采取的结构设计方法和理念也非常重要[1]。

1 当前不规则结构的设计概况

现阶段，我国经济快速发展带动了建筑业的飞速发展，为了让城市化进程与市场化需求得到进一步满足，建筑设计师在对建筑物结构展开设计的过程中，应不断改变与更新自身建筑设计理念，由原有对称建筑设计思想理念向独特、新颖、多样的全新建筑风格进行转变，不规则结构的设计便是其中之—。由于理念和思想的转变，具有繁琐、复杂外形与结构的高层建筑越来越多，其建筑形式也表现出不规则的特点。由此不难发现，不规则结构是高层建筑未来的一个想要发展方向。然而，不规则结构的设计虽然可以让高层建筑视觉效果有效提升，但是也对建筑强度提出了更好的要求，如何基于安全和稳定的角度对不规则结构高层建筑展开设计逐渐变成建筑业普遍关注的一个课题[2]。

2 不规则结构类型

2.1 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。

2.2 平面内的不规则结构

平面内不规则结构设计有几种典型体现方式，首先会看到的是扭转不规则高层建筑结构。这类建筑体是指建筑每层自身的最大弹性水平位移大于楼层两端的弹性水平位移平均值的1．2 倍。其进行判断的标准是单向偶然偏心地震作用下的位移比大于1．2 倍。我们还会看到凹凸不规则高层建筑结构，这类建筑体通常指是指平面太过狭窄、太长，凹进去太多，凸出来的又太细等。凹凸不规则高层建筑结构判断标准是，在阳光下，建筑结构平面凹进去的尺寸大于投影方向尺寸的30%。还有一些其他的平面内不规则结构形态，这些结构类型在目前越来越普遍，也让结构设计中有更多潜在问题需要得到良好处理与解决[3]。

3 高层建筑不规则结构设计实施方法

3.1 合理控制相对偏心距

对于高层不规则建筑体而言，结构设计在实施的过程中需要就相对偏心距有合理控制。从相关实践证明来看，在这类建筑体中相对偏心距会直接随着建筑体扭矩的变化而变化，并且呈现一定的线性关系。在实际的操作和施工控制中，如果能够将那些不符合规范的平面设计做适当调整，这可以帮助更好的确定整个建筑体的质心与刚心。在这个基础上，可以进行非常明确的建筑体刚度的策略，一旦发现刚心和质心有较大的偏离，可以通过就建筑体构件的调试使用来做调整，以保障建筑体的稳定性与抗震性。

3.2 合理设置防震缝

在处理高层不规则建筑的结构设计时，首先可以透过防震缝的合理布设来提升结构稳定性。一般来说，高层不规则建筑通常有非常复杂的平面设计，由于不规则结构的设计需求，使得规则的平面结构设计无法使用。在这样的背景下，可以合理设置防震缝来将建筑体的结构进行拆分，将整个建筑体分成若干个独立结构单元。这可以很大程度化解不规则建筑平面结构中存在的问题，能够让建筑体的稳定性有更好的保障。

3.3 调整扭曲刚度与抗侧强度

在高层建筑的结构中，扭转效应与振动周期的平方具有密不可分的关系。要想使高层建筑自身扭转效应降低，建筑设计师应将振动周期当成主要切入点，以调整振动周期的方式让扭转效应逐渐减弱。进行剪力墙设计的过程中，尤其是与刚度中心具有较远距离的墙体，建筑设计师应对墙体长度及厚度展开合理、科学的调整。详细来讲，应将柱、梁设计于结构的边缘，以此改变不规则结构当前抗扭强度，并使得振动的周期减少。与此同时，应通过对边缘连梁当前刚度的调整使扭曲刚度发生改变，通常边缘连梁在提升抗剪承受力以后可以让不规则结构的性能得到改善与优化，为此需要将剪力墙梁截面的宽度增加，这样还能増强整个剪力墙的刚度，保证不规则结构高层建筑具有较强稳定性。

4 结语

总而言之，研究不规则结构科学运用于高层建筑的策略具有十分重要的意义。相关人员应对当前不规则结构的设计概况有全面的了解，掌握高层建筑主要的不规则结构，通过调整扭曲刚度与抗侧强度、添加防震缝、减小偏心距、提升抗剪力等途径对不规则结构进行科学、合理地运用，使高层建筑的整体质量不断提升，从而促进我国建筑行业的长期、稳定发展。