高層建筑結構設計不規則性研究
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摘要：隨著近幾年我國經濟的快速發展，我國的建筑行業也隨之發展起來，建筑在設計上的創新性也越來越突出，建筑結構的不規則性也不斷的出現，這就給建筑設計提出了更高的要求，要想確保建筑設計的質量和安全，就必須嚴格的以規范作為設計的依據，進而不斷的提高建筑的美觀性。
現在的建筑設計風格日益凸顯其多樣化趨勢，所以對于它結構設計的不規則性也同樣出現了多樣化傾向。其中平面布局、水平受力、豎直受力以及剛度等是其中比較突出的幾個方面。在具體的建筑結構設計的實施中，設計人員需要準確的找到結構的不規則點，進而認真的設定建筑結構設計方案。由于不規則性的結構會使整體結構的作用力降低，同時使建筑的安全性和可靠性也隨之下降，所以需要設計人員和施工人員不斷的加強對建筑不規則結構的重視。
1高層建筑結構中不規則性的現狀分析
最近幾年，我國經濟的發展非常之快，隨之我國老百姓的生活水平也不斷的提高，加上城市化進程的不斷加快，對建筑的類別和建筑高度等方面都提出了更高的要求，這就使建筑行業得到了不斷的發展和革新。建筑工程設計為了更好的適應當前城市的發展，進一步迎合現今市場的需求，首先從設計的理念方面打破了高層建筑設計上要求建筑結構規則、對稱的傳統。建筑設計師為了自己設計的建筑更加的新穎別致、獨樹一幟，使之成為城市里的一道靚麗風景，通常都會在高層建筑的方案中增加不規則性的設計，這實際上給建筑結構的設計帶來了極大的難度和全新的挑戰。
2高層建筑結構設計不規則的特點和形勢
不斷提升的城市化水平和不斷發展的建筑行業，使人們對建筑結構的要求也隨之提升，大部分人都希望建筑在確保安全性的前提下，還能夠確保其外觀的美觀性，同時現代的建筑設計行業也在不斷地發展和完善之中，因此建筑設計人員在將建筑設計落實到實際當中的同時，也在不斷豐富和更新自己的設計理念和設計知識，只有這樣才能夠更好地滿足人們對建筑設計的需求。當今時代是一個個性張揚的新時代，人們希望自己居住的建筑環境獨具特色，因此建筑結構的不規則性也更加的突出，雖然這些風格迥異的建筑從某種程度上提升了整個城市的風貌，但同時也是對建筑設計和建設的更高要求，建筑的設計人員和施工人員需要在技術上投入更多的精力，同時也需要建筑建設的成本不斷的增加。
3高層建筑結構存在不規則性的種類
3.1平面設計不規則的類型
平面不規則的類型同城表現為三種形式：第一是樓層的彈性水平位移比它兩端的彈性水平位移的平均值要高出1.1～1.2倍。這樣的情況為“扭轉不規則”，導致這種現象的原因是水平作用力的結果。第二是設計平面凹凸度不規則。第三是樓板開都面積比樓板面積大出1/3，有時還會造成錯層現象。表現為樓板局部不連續，致使樓板尺寸和平面剛度急劇變化。這三種情況都能使建筑結構不規則。
3.2豎向不規則的類型
造成高層建筑不規則性的另一方面是“豎向不規則”。據有些資料記載：“在一是側向剛度的不規則性，該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層或出屋面小建筑外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%；二是豎向抗側力構件不連續，豎向抗側力構件（柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架等）向下傳遞；三是樓層的承載力出現了較大幅度的變化，衡量措施就是層間抗側力結構的受剪承載力不超過其相鄰上一層的4/5。”這時就會顯現出建筑的不規則現象。這種不規則現象的存在無疑會在發生地震的時候，建筑結構在平面分布不規則的位置，損毀是最為嚴重的，同時如果“整體結構的核心與剛度作用偏離較大情況下或者是在扭轉剛度過小的結構中?！睂ㄖ膿p毀程度也是較為顯著的。由此而言，我們的建筑結構工程師再設計高層建筑時一定要提高自己的設計技巧和審美觀點。對高層建筑結構設計的過程考慮其抗震性能和安全性能，同時對建筑的主體結構的實際扭轉效應必須進行嚴格的控制。目前國內已經有了解決這方面問題的方法，一是最大程度地確保結構在空間和平面上的對稱性，使其具備一定的分布規則，盡量避免出現比較大的偏心作用，進而科學地降低主體結構的扭轉效應；二是在建筑結構規定的有效范圍之內，最大程度地使建筑的扭轉剛度值得到增加，以加大對扭轉作用的抵抗能力?！边@些方法目前都是行之有效的。
4高層建筑結構設計不規則性的應用
對于不規則結構在實際的應用中，體現出一定的弊端，尤其是在地震的作用下，建筑結構中不規則的部位容易受到損壞，而且剛度作用較大的結構受到的損害尤為劇烈。為了改善這一問題，需要建筑設計工作人員在進行高層建筑不規則結構設計的過程中，加強對這些部分的控制，同時也要對主體結構加強重視。通常情況下，采取的具體措施主要有：保證平面結構的對稱性，使得結構的分布具有一定的規則性，這樣才能保證空間的穩定性，進而減少整個建筑結構的扭轉性。要根據設計方案來對建筑結構的扭轉剛度值控制在相應的范圍內，最大限度地保證建筑結構的抗扭剛度。具體來說可以從以下幾個方面來進行具體的分析：
4.1盡量減少高層建筑結構相對偏心距
在多數的建筑結構中，高層建筑的扭轉程度和偏心距之間存在著明顯的聯系性。因此，為了減少建筑結構扭轉效應的發生，就應該從偏心距的角度入手，改變其參數值。這種做法不僅有效地改善了平面分布的不合理狀況，同時也減少了高層主體結構的相對偏心距，進而可以分析出結構中心和剛度中心的相對位置。
4.2改善高層建筑結構抗側與抗扭剛度
我們在實際的高層建筑施工過程中發現，很多小高層的主體結構出現了扭轉效應和結構自我震動周期的平方值保持著線性函數的關系這表明，我們在進行高層主體結構設計的時候,，應該通過合理地降低建筑結構自我診斷的周期長短的方式來降低高層主體結構的扭轉效應。對于關剪力墻的有關設計,需要在有效的區域范圍之內進行墻體的長度或者厚度的科學性調節，使高層建筑的主體結構的抗扭剛度在實際應用中得到改變。一般情況下，我們采用在主體結構的邊緣處對柱梁進行布置，進而使高層建筑主體結構的自我震動周期降低,使高層主體抗扭剛度得到改善。
4.3增強高層主體結構邊緣件抗剪強度
在高層建筑的的主體結構邊緣構件的抗剪強度設計中，最重要的一點就是要保證其合理性。一旦設計不合理，就會在施工中出現,較大的額外力作用,使建筑主體結構的邊緣構件發生嚴重的的破壞。據建筑行業的權威人士們的相關研究表明,“假如高層建筑長期處于非彈性階段,本來具有規則性的建筑在受到多重地震作用的影響下就會因為變形而出現偏心的情況。”因此，要想讓高層主體結構的抗震性能增強，能抵抗自然災害的破壞，,它的邊緣構件的抗剪強度必須增強,這樣即使受到了較為明顯的額外力作用，整體的建筑結構也能夠通過自身的彈性作用而恢復正常。
4.4防震縫建立的科學性
對于科學的防震縫問題，我們的建筑設計者和工程技術人員，都經歷了苦苦的研究，并在實踐中進行了檢測。我們發現空間和平面形體復雜的高層建筑由于受多種原因的影響,很難將某些復雜的結構，設計成有規則性的整體,這時，就需要建立一套防震縫的手段來確保工程項目的整體質量不受到損壞。這種方式就是根據建筑物的主體的客觀性來進行。尊重客觀也是我們建筑行業進行建筑設計的科學管理的一項主要內容。
5結束語
在整個工程建設的過程中，高層建筑的不規則性會直接對樓體結構的平面分布構成明顯的影響，這就需要及時的改進設計中薄弱的環節，確保其安全性。在建筑設計中，設計人員保證設計的合理性，適時的采用新技術和新理念，盡量減少因為結構的不規則性而給建筑帶來的負面影響，盡量在確保建筑美觀的同時保證建筑的質量。
參考文獻：
[1]安志宏.高層建筑結構設計不規則性的研究與應用[D].吉林大學,2004.
[2]焦建,惠金鳳.生態文明視域下的建筑設計要點分析[J].住宅與房地產,2016,12:42
作者：倪健 單位：杭州同瀚建筑設計有限公司
