高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

童 利

（中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430070）

0 引言

在進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要了解相關(guān)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型，然后了解其具備的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，最后是根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的需求，選擇合適的設(shè)計(jì)方式，并且可以實(shí)現(xiàn)美觀與安全的統(tǒng)一。

1 常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型分析

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)行業(yè)而言，針對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的劃分，主要分為兩類，豎向不規(guī)則與平面不規(guī)則。所謂豎向不規(guī)則，就是指樓層載荷力突變、側(cè)向剛度不規(guī)則、層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)等；平面不規(guī)則就是指樓板部分不連續(xù)、凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等，具體內(nèi)容如下：

1.1 豎向不規(guī)則分析

①樓層載荷力突變結(jié)構(gòu)：某一個(gè)樓層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力呈現(xiàn)從下到上依次遞減的原則，每一層比其上一樓層減少大約百分之八十。②側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)：該類豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以細(xì)分為兩類情況，第一類情況就是結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度比其相鄰上一層的減少大約百分之七十，或者比相鄰的上部三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值減少大約百分之八十；另一類情況就是除頂層以外的其他樓層的局部收進(jìn)水平向尺寸比其相鄰下一層超出百分之二十五。③層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)：在某個(gè)結(jié)構(gòu)中，下一層樓會(huì)比相鄰的樓層質(zhì)量小1.5 倍左右，那么此類結(jié)構(gòu)稱為層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)。

1.2 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

①板樓部分不連續(xù)：具體就是指開洞后的每一邊的凈寬長(zhǎng)度都小于兩米，并且任意一個(gè)方向的最小凈寬長(zhǎng)度都小于五米。②凹凸不規(guī)則：此類不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要是指該樓層的結(jié)構(gòu)平面是呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，凹進(jìn)去或凸出來的。因此，對(duì)于不規(guī)則一邊的尺寸，有兩類特殊情況，第一是大于相應(yīng)投影方向上總尺寸的百分之三十五，第二是結(jié)構(gòu)平面中部?jī)蓚?cè)收進(jìn)的總尺寸超過平面寬度的百分五十，那么這兩類情況都可以歸結(jié)為凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。③扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)：這類不規(guī)則結(jié)構(gòu)通常是將偶然受偏心影響的規(guī)定水平地震力作用考慮在內(nèi)，也主要分為兩類情況，第一類就是結(jié)構(gòu)樓層最大的水平位和層間位移超過該樓層平均值的1.2 倍，第二類就是結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比大于0.9，那么這兩類情況都屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

2 高層建筑用不規(guī)則設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)分析

2.1 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于高層建筑而言，其不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)受到了越來越多人的喜愛和支持，被廣泛運(yùn)用到高層建筑設(shè)計(jì)中，成為一種新型建筑美學(xué)的象征，因此，對(duì)于高層建筑不規(guī)則設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)還是有很多的，具體表現(xiàn)為：

①對(duì)于高層建筑而言，它傳遞了一種新的設(shè)計(jì)美觀，打破了人們固有的常態(tài)思維，建筑設(shè)計(jì)不再是單調(diào)的講究對(duì)稱、協(xié)調(diào)等設(shè)計(jì)方式，而是開始追求大膽突破、潮流新穎、自由個(gè)性化等，為傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)注入了新的元素，推動(dòng)了現(xiàn)在高層建筑藝術(shù)文化的個(gè)性化發(fā)展。

②隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，不規(guī)則建筑物也帶動(dòng)了藝術(shù)文化的發(fā)展，對(duì)于高層建筑的不規(guī)則設(shè)計(jì)而言，已經(jīng)融入到了人們的生活中，成為了高層建筑設(shè)計(jì)的新型審美觀念，可以使城市的建筑更有特色，更具知名度和影響力，也推動(dòng)了城市的發(fā)展。同時(shí)個(gè)性化的不規(guī)則建筑設(shè)計(jì)，也代表了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的精神需求，體現(xiàn)了現(xiàn)代都市的個(gè)性潮流和趨勢(shì)。

2.2 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

雖然高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn)，也開始融入到建筑設(shè)計(jì)行業(yè)中，慢慢符合了人們的審美需求，但是也具有一些缺點(diǎn)和不足，具體如下：

①在進(jìn)行高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果采用了平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然具有一定的美觀度，但是從建筑質(zhì)量方面考慮，會(huì)出現(xiàn)一些問題，例如建筑物的平面形狀、質(zhì)量、剛度、承受力等方面，都會(huì)出現(xiàn)偏心、偏移等現(xiàn)象。因此，在這種條件下，設(shè)計(jì)而成的建筑物會(huì)有很多的安全隱患和質(zhì)量問題。

②對(duì)于高層建筑施工而言，一般不規(guī)則的建筑物進(jìn)行施工的時(shí)候，其投入的人力、時(shí)間、造價(jià)等成本會(huì)比一般的建筑物投入的較多。同時(shí)，如果發(fā)生地震、扒暴雨等自然災(zāi)害，其抗災(zāi)的能力也較差，所遭受的破壞會(huì)更多。

3 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)用

在高層建筑的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是按照設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行規(guī)范性施工。與此同時(shí)，在進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要考慮不規(guī)則結(jié)構(gòu)自身的特征，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)分析和運(yùn)用。

3.1 充分利用地面空間實(shí)現(xiàn)平衡

在進(jìn)行高層建筑的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，重點(diǎn)需要考慮其穩(wěn)定性與平衡性。因此，需要科學(xué)、合理的利用建筑區(qū)域的地面空間，可以使得建筑物在地面上保持最佳的平衡和穩(wěn)定，這樣就算進(jìn)行了一些列不規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)，建筑物也是非常穩(wěn)定的，不會(huì)出現(xiàn)偏心的現(xiàn)象，建筑物更加安全與可靠，因此，充分利用地面的區(qū)域面積和空間在建筑設(shè)計(jì)中占據(jù)著十分重要的位置。

3.2 確保高層建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距維持在合理范圍之內(nèi)

因?yàn)槭菍儆诓灰?guī)則結(jié)構(gòu)的高層建筑，那么都會(huì)存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)偏高的現(xiàn)象，同時(shí)，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與高層建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)偏心距也存在著線性關(guān)系。所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要確?？梢詫⒏邔咏ㄖY(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距維持在合理范圍之內(nèi)，具體操作如下：第一，初步進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，數(shù)值需要精確到高層建筑的每一個(gè)結(jié)構(gòu)面，而且是反復(fù)計(jì)算和考量的，避免出現(xiàn)任何計(jì)算上的失誤；第二，對(duì)建筑的平面圖進(jìn)行設(shè)計(jì)布局的調(diào)整，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況反復(fù)斟酌，確保設(shè)計(jì)布局的安全、可靠性；第三，邀請(qǐng)專家進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，并且再次進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算和考量，做到精確、無遺漏，避免出現(xiàn)任何一點(diǎn)的誤差。

3.3 提升建筑結(jié)構(gòu)周邊抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的抗剪力

因?yàn)閷儆诟邔咏ㄖ?，隨時(shí)會(huì)面臨著各式各樣的自然災(zāi)害，因此，在初步進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮到抗震等特殊運(yùn)用。一般情況下，在進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先需要了解相關(guān)的建筑的抗震規(guī)范要求，然后根據(jù)建筑物的實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)整，其主要的目的是提升高層建筑結(jié)構(gòu)周邊抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的抗剪力，從而可以促進(jìn)抗剪強(qiáng)度的提高，該類方式可以有效提升在外力作用較大的情況下，高層建筑的抗壓能力，從而避免外在建筑的破壞和損失。

4 結(jié)語

總而言之，對(duì)于高層建筑行業(yè)而言，不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重大的突破，也打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，開始追求不一樣的審美，并且慢慢被大眾所接受。本文詳細(xì)說明了常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型，然后列舉了其優(yōu)點(diǎn)與不足，最后闡述了不規(guī)則設(shè)計(jì)的運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)美感與安全性相結(jié)合的重要性，以促進(jìn)高層建筑的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。