高层建筑不规则结构设计概述

高层建筑不规则结构设计概述

岑姿霖

广西工业建筑设计研究院有限公司广西南宁530031摘要：随着国民经济的发展，人们对当前居住环境要求不断提升。高层建筑设计开始向着外立面的美观性和独特性的方向发展，想以此提高建筑物美感和居住者的居住品质。基于上述两方面的需求，很多建筑喜欢采用不规则设计，这为建筑结构设计增加了难度。本文结合实际情况，对高层建筑的不规则结构设计工作进行了分析研究，对如何提升不规则建筑设计质量提出了建议。

关键词：高层建筑；不规则结构；设计策略

引言

在高层建筑的结构设计工作中，引入不规则设计理念是当前建筑行业的发展趋势。特别是近10年来，随着建筑设计行业的竞争加剧，不规则设计以其独特的外形获得用户的青睐。该设计理念不仅提升了建筑外立面的美观性和独特性，让建筑物变得灵动而写意，更满足了人们对追求个性和高品质生活的欲望，让城市因此而变得绚丽多彩。

不规则结构的设计在一定程度上降低了建筑结构的稳定性，可能会影响建筑的使用寿命以及居住的安全性。因此，在设计工作中，针对存在的问题采取合理的措施是相当必要的。

一、高层建筑不规则结构设计介绍

（一）高层建筑不规则结构设计现状

不规则结构是建筑设计工作在长期发展中出现的一种现代化的设计理念，当前国内经济快速发展以及城市化进程的加速推进，使得人们对于建筑结构的要求不断提升，要求更具备外立面的美观和独特性能的建筑。为了满足现代居民的需求，许多设计理念和建筑施工技术在设计工作中得到了应用。同时，计算机软件技术的应用实现了设计人员多元素的设计，极大的推动了现代建筑设计工作发展。传统的建筑结构重视规范性、对称性以及结构的统一性，不规则结构设计工作则追求外观风格的独特性，以此来提升城市的现代化特点，满足了人们对于建筑外立面的需求。但是，在实际的设计工作中，不规则结构会引起在水平方向上的偏心，增加了设计难度。

（二）高层建筑不规则结构的类型

当前在城市高层建筑的结构设计中，不规则结构主要有平面不规则结构、竖向不规则结构及特别不规则结构等三类。

第一，平面不规则结构类型包括凹凸不规则结构、扭转不规则结构以及楼板部分不连续结构。凹凸不规则结构是指建筑中结构平面上凹陷部份的尺寸应当是全部尺寸的30%以上。扭转不规则结构是指建筑物中楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）要超过位移标准指数的1.2倍。最后，楼板部分不连续结构则是建筑物中的楼板尺寸和平面刚度变化不连续。

第二，竖向不规则类型的建筑包括侧向刚度不规则结构、竖向抗侧力结构不连续结构、楼层承载力突变结构以及楼层间质量巨变集中结构几种。侧向刚度不规则结构建筑的结构侧向刚度参数不超过相隔楼层的70%。竖向抗侧力结构不连续建筑的判断依据是建筑结构竖向的水平结构。楼层承载力突变结构建筑是指，建筑楼层的抗侧力结构小于上一楼层的80%。楼层质量变化结构指每个楼层质量相比下一层都增加50%。

第三，特别不规则结构包括以下几类，复杂结构包含了转换结构、加强层结构、错层结构、连结构和多塔楼结构，而同时有两种以上复杂类型的高层结构，转换层位置多于5层（抗震设防7度以上的地区），单塔或者多塔位置偏移过大的大底盘高层建筑，厚板转换的高层建筑（抗震设防7度、8度地区）。

二、高层建筑不规则建筑结构设计策略

不规则结构建筑的扭转和偏心，在受到地震等灾害时，相对于规则结构的影响要大得多，因此，实际建筑设计中，设计人员要明确设计类型，选择合理的设计方案，采取措施强化结构稳定性，提升建筑的使用寿命。

（一）不规则结构设计分类

第一，平面刚度偏心设计。平面刚度是指外刚度以及内刚度。外刚度指建筑垂直方向的刚度，内刚度则是荷载方向上的刚度。在设计过程中，应当正确认识建筑结构承受的荷载，避免荷载影响设计结构的稳定性，避免刚度偏心问题的出现。

第二，质量偏心，在高层建筑的设计中，施工环境差异以及设计上的区别会造成建筑结构质量偏心。为了应对这一问题，设计人员要采取合理的设计来强化建筑结构强度，满足建设质量的需求。

第三，强度偏心，设计人员要注意分析强度偏心对建筑结构稳定性的影响，通过对建筑平面结构的应力分析来优化设计方案。

（二）减少建筑物结构偏心距离

在当前高层建筑的不规则结构设计中，设计人员应当借助减小不规则结构中的相对偏心距离来提升建筑结构稳定性，提升结构设计质量。不规则结构高层建筑的扭转效应和建筑物的结构相对偏心距离的关系为线性，因此，在设计中为了确保高层建筑扭转效应的正常，设计人员需要减少相对位移数值。设计人员首先要通过对建筑模型进行分析，了解建筑物的刚度情况，以此为基础来调整相对偏心距离，减少抗侧力构件的数量，提升高层建筑不规则结构的稳定性。

（三）合理调整建筑结构的抗侧刚度与抗扭刚度比

高层建筑的扭转效应和建筑结构周期比存在一定的联系，因此在设计时，设计人员可以借助减少建筑结构周期来提升结构的稳定性，减少建筑结构中存在的扭转效应。在具体的结构设计中，设计人员可以增加建筑结构中的剪力墙面积，以此来强化结构性能。同时，合理的设计连梁也能提升结构的抗扭刚度，提升建筑结构的稳定性。

（四）增强建筑抗扭构件的抗剪力

高层建筑的不规则结构和一般的结构相比，其稳定性和抗震性能较差。因此，在建筑设计中，设计人员要选择合适的设计方式来提升建筑的抗震性能。建筑结构在地震作用下，仅调整结构材料难以提升结构的稳定性，要保证结构纵横安全性，在非弹性状态之下，对水平结构进行优化设计，避免结构出现偏心，保证结构的抗剪性能。一般来说，设计人员会借助提高结构中的抗扭构件的抗剪力方式，来优化不规则结构的稳定性，可以有效提升建筑的抗震性能。

（五）强化抗震设置

高层建筑不规则结构设计工作难度较高，因此，为了提升设计质量，设计人员应当采取平面不规则结构设计模式。为了提升建筑抗震性能，设计人员可以借助对抗震缝的合理设计来优化建筑结构性能，将建筑中的平面划分为不同的结构，优化建筑结构的抗震性能。同时，为了提升建筑结构不规则设计质量，设计人员要借助计算软件来对不规则结构进行建模，完成对结构的详细分析，明确不规则结构中存在的问题，设计合理的优化措施，保证建筑工程的建设质量。

结语

在科学计算、规范设计的前提下，高层建筑的不规则外立面设计，不仅实现了美观和实用的目的，其安全性也得到了保障。作为设计人员应当充分了解并理解客户需求，注意优化设计方案，从提升建筑结构的抗震性能以及结构强度等方面来开展结构设计工作，保证建筑结构的稳定性，推动城市的现代化发展。

参考文献

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