高层建筑不规则结构设计的应用
高层建筑不规则结构设计的应用
摘要：随着城市的发展，城市空间资源日益紧缺，建筑高度不断刷新，各种不规则高层建筑结构不断涌现，造型越来越新颖，建筑功能日趋复杂化，在满足建筑工程基本功能的同时增加了建筑的艺术感与美感。然而，不规则结构在稳定性及对外界因素的适应能力上会低于规则型建筑，必须要严格把控结构设计要点来提升高层建筑使用的安全性。基于此，文章对高层建筑不规则结构设计要点进行了研究，以供参考。
关键词：高层建筑；不规则设计；抗震性能
1不规则结构定义
随着生活水平的提高，人们对建筑工程的要求越来越高，除了要满足基本的居住及使用功能外，还逐渐追求建筑工程外形、造型等方面的视觉审美享受。在此种背景下，建筑行业朝着个性化与多样化方向发展，越来越多不规则高层建筑结构不断涌现。《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑抗震设计规范》将不规则结构划分为平面不规则、竖向不规则两种：其中平面不规则是指建筑表面凹凸不规则、扭转不规则、楼板局部不连续等；竖向不规则主要包括竖向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等。然而，与规则结构相比，不规则建筑结构设计更为特殊，其质心、刚心存在偏差，结构稳定性较弱，如果遇到剧烈的外
界环境变化如地震等时，可能会发生扭转变形，这对建筑结构设计工程师提出了严峻的挑战。因此，在进行不规则高层建筑结构设计时除了要严格遵守建筑结构设计规范要求，还应结合不规则结构设计需求额外进行一些超出常规范畴以内的计算，以保障在满足相关造型及功能需求的同时提升不规则结构的稳定性与可靠性。
2高层建筑不规则结构设计的应用研究
2.1平面不规则设计方法
高层建筑在进行平面不规则设计时一般会从楼道内局部楼板结构设计、建筑表面凹凸不平设计及扭转不规则设计入手。在进行楼道内局部楼板结构设计时，将部分楼板宽度设计为低于标准楼板宽度的二分之一，或将建筑开洞开孔面积控制在楼层面积的30%等。通过楼盘尺寸及平面高度的剧烈变化打造明显的楼层错层视觉效果。为提升建筑外观的美观性与艺术性，一些高层建筑尤其是大型商场项目，在设计建筑外形时会结合自身调性及主张采用凹凸不平的建筑表面设计方式，使不同楼层表面或侧向适当凹进，营造独特的凹凸不平视觉效果。有时也会结合高层建筑设计需求进行扭转不规则设计，通过一定的结构设计将楼层内部最大弹性水平位移控制在同等水平作用力标准下位移的1.2倍以上。值得注意的是在进行平面不规则设计时应加强对水平力的关注，要优先考虑结构竖向荷载情况，并以其为依据去推导水平荷载。这是因为当建筑高度符合标准
要求时，只有建筑体竖向构件所承载的竖向荷载为定值，而其他影响建筑稳定性与安全性的因素如楼面荷载轴力、弯矩等会随着建筑高度的增高而同步发生变化。同时在进行不规则结构设计时还应考虑建筑高度、建筑使用时间对建筑结构侧移的影响，要合理设计建筑结构抗推刚度，以更好地支撑高层建筑建设需求。此外，高层建筑自重越大，其受地震等外在因素的影响越大，在进行不规则结构设计时应在保障建筑结构稳定性与安全性的同时最大限度地减少建筑重量，以增强高层建筑结构性能，降低地震倾覆力及剪力承载力影响。
2.2竖向不规则设计方法
高层建筑除了可以从平面不规则设计入手外，有时还会使用竖向不规则设计方法，以实现预期的不规则结构设计目的。比如，从侧面刚性程度入手，设计出不规则的侧向刚度，打造出侧向刚性不规则变化的美感。需要注意的是侧向刚度不规则设计的前提是充分了解高层建筑侧向刚度具体数值，只有这样才能保障竖向不规则设计的安全性。如果高层建筑侧向刚度远低于侧向楼层高度值，可以将部分楼层与上下楼层之间的刚性程度比设计为0.7：1，并将各楼层水平方向进行收进设计，收进尺寸应超过25%。竖向抗侧力结构不规则设计是高层建筑竖向不规则设计中最常使用的结构设计方法，广州市地标建筑广州塔-“小蛮腰”就采用了这一结构设计方法。值得注意的是在进行竖向不规则设计时需要判断整个高层建筑楼层的最大承载能力。如果高层建
筑部分楼层承载能力有限，或变化比较明显，应合理设计竖向不规则结构，确保该楼层之间测力结构剪力大小符合高层建筑相关设计规范
2.3结构设计抗震措施
2.3.1通过合理的结构布置减轻地震作用
在建筑结构抗震性能设计中，应对建筑结构做出合理的设计，以确保结构在吸收上述能力的同时能够有效传递地震外力作用下能量。为了达到这一目的，设计工作人员将建筑的柱体，墙体散布于平面内，而且梁轴线要与建筑的墙体，柱体处于同一平面内，有效地减少地震弯剪力对建筑物所造成的破坏，使其稳固性和安全性能够得到有效地提高。为更好的促进不规则建筑结构防震能力的提高，有关设计人员应根据实际情况适当调节建筑有关结构刚度大小。若发现建筑结构存在受力不均匀现象，则设计人员需要在剪刀墙设计时通过调整墙体尺寸和长度等手段调整结构受力。基于此，通过提高建筑主体结构边装置柱体的方法调整施工期边连梁值，可一定程度减低高层主题结构对应自震周期及调整建筑结构相关刚度。
2.3.2对不规则部件进行合理布局
为避免施工过程中发生安全事故，在施工前要做好充分的准备工作，特别是施工设计，设计人员要合理设计
好不规则部件的的布置工作，防止因不规范布置造成不规则问题。为确保高层不规则建筑结构可靠性，需严格控制好不规则部件的偏心距，要密切观察其分布情况，适当的进行调整，使平面分布更加均匀。要注意建筑边缘结构的抗剪强度，可适量的增加其抗剪强度，有利于减少外部作用力对内部结构的影响。地震对高层建筑产生作用后，凭借着建筑结构的非弹性，使内部结构不会遭受太大的影响，但是建筑的形态会出现变化，并出现偏心的问题，由此引起不规则问题。为减少这些问题的出现，相关的设计人员要增加边缘结构的强度。
2.3.3抗震材料的选择
抗震材料直接影响到建筑的抗震能力，在设计过程中，设计人员要选择质量良好的抗震材料，才能减少对建筑的影响。实际的抗震材料选择，需要根据材料使用规范和高层建筑物的抗震设计要求而定。设计人员可以根据建筑结构形式，合理的配置防震缝。在设计时，要保证建筑施工地的地面与空间面积可以得到充分利用，确保高层建筑保持空间与平面对称。完成设计工作后，应把设计方案交由专业的人员进行审核，使设计方案更加可靠，设计参数更为精准，确定好建筑结构刚强度，特殊情况时，还可以对适当的调整建筑内部结构的不规则部件，以此避免出现偏心现象。
结语
综上所述，高层建筑中的不规则性是新时代城市建设的特征，也是城市的重要标志，社会经济和城市与建筑设计有着紧密的联系。相关设计人员必须要创新发展意识，改变设计思路，结合高层建筑发展需求，不断优化设计能力，同时在设计时要充分考虑到各方面因素，切实保证建筑结构安全与稳定，减少不规则问题出现。经过本次研究发现，要想不规则问题得到有效解决，设计人员需要从多个角度进行细致性全面分析，从平面和竖向不规则出发，不断优化不规则结构，从而增强高层建筑抗震能力，更好地保障建筑使用安全。
高层建筑设计规范参考文献
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