高层建筑不规则结构设计研究

陈艺

摘要：近年来，城市高层建筑的数量和规模与日俱增，而随着摩天大楼的拔地而起，对其结构设计提出了更高的要求。从实际情况来看，我国使用不规则结构的高层建筑越来越多，表明建筑结构设计水平进一步提高。结构不规则的高层建筑的优点有二:一是改善美观性和建筑形式个性化，二是解决自然条件、建筑空间、工程造价等相关因素之间的矛盾。然而，高层建筑不规则结构的设计比常规结构的设计复杂得多，下面将详细讨论高层建筑不规则结构设计的相关问题。本文主要分析了高层建筑不规则结构的设计研究。

关键词：高层建筑；不规则结构；结构设计

引言

高层建筑不规则设计必须遵循科学设计的原则，结合高层建筑的结构特点和实际情况，将结构设计的不规则方式和方法融入高层建筑的设计活动中，从而全面提升高层建筑整体不规则结构的设计效果和水平。

1、高层建筑不规则结构设计的意义

当今时代，随着城市化进程的不断加快和建筑业的快速发展，人们的生活水平、生活质量都有了很大提高，在这种背景下，对建筑设计的多样、个性化需求也显现出来，这无疑给建筑设计带来了更大的困难。现代建筑设计不仅能保证建筑的安全性，还能提高建筑的美观性，并强调建筑节能。因此，在高层建筑设计过程中，首先要对建筑本身的结构、材料、框架等问题进行全面的理解和深入的分析，还要充分考虑当地的地理条件、环境等因素，才能设计出舒适、安全、实用、美观的高层建筑。现代社会是人们更有希望在一个特色的、个性化的建筑中生活和工作的社会，因此，高层建筑的设计越来越多地采用不规则的结构。结构设计不合理，既能改善高层建筑的外观和个性化，又能解决自然条件、建筑空间、工程造价等相关因素之间的矛盾。但同时，这也对建设项目、施工等工作提出了更高的要求，带来了更大的困难。面对这种情况，必须进一步加强对高层建筑不规则设计的研究，尽快找到更有效的设计方法和技巧，提高高层建筑不规则设计的设计水平；同时，还应加强各种新技术、新概念的应用，将不规则结构对高层建筑的负面影响降至最低，为施工工作提供科学指导，切实保证高层建筑的美观和施工质量。

2、高层建筑不规则结构设计类型划分

2.1平面不规则结构

平面不规则结构可以分为三种类型，分别是：平面不规则扭转结构、楼板缺乏连续性的结构以及楼板凹凸不规则结构。首先，平面不平整扭转:平面不平整扭转是指根据每层建筑结构两端存在的弹性水平位移来确定，如果楼层水平位移是平均值的1.2倍或更高，就会出现楼层结构不规则扭转的情况。其次，没有连续的楼板结构:楼板结构是指楼板结构缺乏连续性，其主要原因是楼板面积、建筑结构平面图发生了急剧变化。最后，不平整的楼板设计:不平整的楼板设计意味着，在设计投影尺寸上，如果凹面面积超过30%，则不平整。

2.2竖向不规则结构

竖向不规则结构特征如下。一是侧向刚度不均匀，容易导致高层建筑结构向竖向不规则的方向发展，如为了扩大高层建筑结构的内部空间，设计人员往往会去除建筑结构顶部的墙与柱；一般来说，在不规则的建筑结构中，顶层的水平尺寸>底层，如果顶层的接收区域延伸到外底面，且高度与房屋高度之比>0.2，则接收后的顶层尺寸应高于底层水平尺寸的75%；此外，楼层横向刚度<相邻三层平均值的80%，或其横向刚度<上层的70%。第二，竖向力要素的连续性不强。不规则结构水平转换构件中竖向侧向力构件的内力向下传递。

2.3其他不规则结构

高层建筑不规则结构设计还包含其他不规则结构，主要是复杂的高层结构和超标结构。首先是复杂的高层结构。客观地说，高层建筑中有比较多的复杂结构，可以定性为不规则结构，例如普通连体结构或多层结构；第二，无论是新结构还是超高层结构，都可以被视为不规则的超规范结构，而新型结构是指规范未涵盖的结构，是指在积极使用新材料以及新技术的基础上建造的结构，超规范结构是指结构，而所提到的超高结构是指大于规范所规定的最大高度。

3、高层建筑不规则结构设计的策略

3.1调整刚度

刚度调整主要指不规则结构的抗侧刚度和扭曲刚度。振动周期与建筑结构扭转效应之间存在较为明显的关系，因此，通过适当调整振动周期，高层建筑扭转效应可以得到缓解。例如A级不规则建筑结构，以扭转结构为主和以平动为主的第一自振周期的比例要控制在0.9以内，B级要控制在0.85以内。例如，在设计剪力墙时，必须确保墙的厚度和长度之间的合理关系，特别是对于中心间距增加的墙，为了提高结构的抗扭强度，降低振动周期，可以选择在结构边缘安装梁、柱和其他不同的结构。扭曲刚度可以通过边缘连续梁的刚度方式进行优化，从而提高连续梁的抗剪能力，通过适当增大连梁截面，能够强化整体结构性能。。

3.2科学选择计算方式

高层建筑设计不合理，涉及的参数计算工作比较多，参数的合理选择很大程度上决定了建筑结构的稳定性。常采用的分析计算方法一般包括弹性时程分析法、振型分解反应谱法、底部剪力法等。其中，下剪力法主要应用于多层建筑，而在进行高层建筑不规则结构设计时，振型分解反应谱法较为常见。

3.3提升周边抗扭构件的抗剪力

高层建筑设计人员在优化不规则结构设计系统时，应对周边抗扭构件进行抗剪切能力的提升设计。设计者必须在前沿结合结构理论，即一旦建筑结构处于非弹性状态，当发生地震时，结构会受到双向水平地震作用力的影响，从而改变重心，进而导致结构不稳定。在此基础上，设计人员需要注重抗扭构件的细节，以便能够结合具体的抗震要求，采取相应措施增加抗扭构件的抗剪性能，从而提高建筑结构的整体抗震弹性值。

3.4防震缝的合理设置

高层建筑结构在日常使用过程中受地震影响较小，但抗震设计也需要高度重视。尤其是对于不太强的地震，应该更加注意。设计人员在进行具体设计时，应合理设置抗震接缝。高层建筑的实际平面结构一般较为复杂，设计时应针对不规则结构进行处理，并设置合适的抗震结构，抗震缝固定合理。在特定设置中，设计者可以分割平面结构，使其形成更简单的结构单元。而在抗震接缝的具体设置过程中，工程人员也需要注意抗震接缝两侧的结构体系，如结构体系不一致，则需以抗震场景较为不利的抗震接缝为基准进行优化设计，可进行宽度收缩或扩大，同时可结合相邻建筑结构的基础沉降情况合理设置沉降缝。

高层建筑在实际施工过程中因暴露于各种因素而产生的变形问题，产生于当其处于变形期到弹性期时，当建筑整体结构的形状没有显着变化时，原状可以恢复。进行抗震设计时，必须采用模糊综合评价措施，科学开展特殊结构的选择和处理工作，以便在严格分析时，防止受专家评价权重的影响，可以进行深入的抗震分析。在此过程中，必须合理设计防震接缝，避免受到地震的影响。

结束语

目前，我国建筑业发展迅速，高层建筑采用不规则结构进行设计，使建筑外观更加美观，满足了人们的基本功能需求。为了保证高层建筑的安全，在设计不规则结构时，必须采取科学合理的设计方案，提高其结构强度，有效提高不规则高层建筑机械的施工质量，从而促进我国建筑业的发展。

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