高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用研究

方春樹

（上海經(jīng)緯建筑規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司安徽分公司，安徽 合肥 230022）

引言

在保證建筑功能完善，結(jié)構(gòu)體系合理的同時，應(yīng)彰顯建筑的個性和美感，因此，進(jìn)行高層建筑設(shè)計時，可融入不對稱結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計。例如，在高層建筑中，加入不規(guī)則設(shè)計元素，使建筑高低錯落有致，凸凹大小不一，一掃建筑的平庸與呆板，增強建筑的浪漫與靈動，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鳥巢建筑，沈陽盛京大劇院都是建筑與藝術(shù)的完美結(jié)合，是不規(guī)則設(shè)計的精美之作。然而，要實現(xiàn)不規(guī)則設(shè)計，并非易事，需要調(diào)動建筑師的靈感與智慧，并進(jìn)行多次計算復(fù)核與優(yōu)化設(shè)計，以保證高層建筑的使用功能與美觀相統(tǒng)一。

一、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)與豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)是高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)中的兩種主要類型，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在高層建筑平面扭曲，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象。高層建筑平面不規(guī)則中扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判斷標(biāo)準(zhǔn)主要是，在規(guī)定水平力下每一樓層自身最大的彈性水平位移（或?qū)娱g位移），大于該樓層兩端的彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍。豎向不規(guī)則的類型，側(cè)向剛度不規(guī)則：判斷的標(biāo)準(zhǔn)是該樓層的側(cè)向剛度值小于與其相鄰上一樓層的70%，或者小于該樓層以上相鄰三個樓層側(cè)向剛度平均值的80%，排除頂層不算，樓層局部收進(jìn)的水平向尺寸大于其相鄰下一層的25%。豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：判斷標(biāo)準(zhǔn)是豎直方向上的抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力通過水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件而向下傳遞。

二、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用

（一）盡量減少不規(guī)則結(jié)構(gòu)的偏心距

通過一定的實踐經(jīng)驗，我們可以得知，在進(jìn)行高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)的偏心距與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間的關(guān)系為線性關(guān)系。為了有效的降低高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量降低樓層的位移比，需要對建筑結(jié)構(gòu)中的平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心能夠更加一致。在具體的施工中，需要對剛度結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的分析，并對不符合設(shè)計規(guī)范的建筑平面結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，根據(jù)初步設(shè)計結(jié)果，能夠確定建筑結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心。再將其與相關(guān)資料以及設(shè)計經(jīng)驗結(jié)合，對建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷與分析，再將其與理論上的質(zhì)量中心進(jìn)行比較，對結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力進(jìn)行合理的調(diào)整。

（二）對高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)

除了上述所說的建筑結(jié)構(gòu)的偏心距和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間存在一定的線性關(guān)系，在建筑結(jié)構(gòu)周期和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間也存在相應(yīng)的現(xiàn)性關(guān)系。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要根據(jù)不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的實際周期長度情況采取不同的降低措施。特別是在剪力墻結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)該對強立墻（周圍剪力墻尤其是與剛心距離最遠(yuǎn)剪力墻）重點關(guān)注，保障設(shè)計的科學(xué)合理性，增加建筑結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)剛度，對扭轉(zhuǎn)周期進(jìn)行合理的降低，并提升拉梁的剛度。

（三）增加建筑抗側(cè)剛度

高層建筑的不規(guī)則設(shè)計與實際施工不可避免地會出現(xiàn)一些差異，因此，在對高層建筑進(jìn)行不規(guī)則設(shè)計時，需要提高建筑的抗側(cè)剛度與抗扭剛度，根據(jù)工程概況適當(dāng)增加剪力墻面積，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，或通過增加剪力墻厚度的方式使建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到有效保證。除此之外，距離建筑物剛度中心較遠(yuǎn)的剪力墻也是影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要因素，在進(jìn)行高層建筑不規(guī)則性結(jié)構(gòu)設(shè)計時，也要注意該監(jiān)理墻設(shè)計的合理性。

（四）提升建筑抗扭結(jié)構(gòu)的抗剪力

在高層建筑結(jié)構(gòu)受到很強震動的影響下，如果只是對結(jié)構(gòu)采取調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)布置的方式，無法確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計完全符合設(shè)計規(guī)范。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須保證縱橫安全性，借鑒以往的實踐經(jīng)驗，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的非彈性時期，結(jié)構(gòu)會在水平方向上受到一定的震動影響，由于設(shè)計狀態(tài)需要不斷發(fā)生改變，會造成建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，因此，需要有效的提升建筑結(jié)構(gòu)的抗剪性，提升建筑結(jié)構(gòu)的強度，確保在受到強烈震動的影響時，建筑結(jié)構(gòu)能夠保持足夠的整體彈性，以便有效的提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（五）重視對高層建筑中防震縫的設(shè)置

防震縫主要用于結(jié)構(gòu)不規(guī)則且建筑外形比較復(fù)雜的情況，通過防震縫的設(shè)置可以將建筑物劃分為形體簡單的建筑物和結(jié)構(gòu)規(guī)則的建筑物。采用防震縫主要目的是在于提高建筑物的整體抗震能力。防震縫的設(shè)計一般是采用兩種模式，即雙墻建筑模式和雙柱建筑模式。如果建筑主體結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，不具備防震縫的設(shè)置條件時，則需要對建筑物中相對比較容易發(fā)生受損的部位進(jìn)行強化加固處理，以保證該建筑的穩(wěn)定性。

結(jié)語

綜上所述，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)不僅是我國目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍現(xiàn)象，它也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要組成部分中的一種。重視并加強對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則性的研究和分析，能有效提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，保障建筑物的整體質(zhì)量，延長建筑物的使用期限，保障人民的生命和財產(chǎn)安全。要更好的實現(xiàn)這一目標(biāo)，則需要采取有效的措施，避免并減少不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來的影響，全面提升建筑設(shè)計人員的設(shè)計水平和能力，在體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)個性特色的同時提升建筑物的抗震能力，保障建筑的整體質(zhì)量。同時也使建筑企業(yè)獲取更多的經(jīng)濟效益和社會效益，促進(jìn)建筑行業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展。