高层建筑不规则结构设计的应用分析何永豪

高层建筑不规则结构设计的应用分析何永豪

何永豪

广东名都设计有限公司佛山分公司528200

摘要：进入新世纪以来，人民的生活品质有了大幅的提升，同时相关的建筑物的标准也越来越高。为了更加突出视觉上的愉悦体验，往往一些建筑设计师们在高层建筑中设计出一些不太规则的建筑造型，但是建筑的不规则结构设计有一定的难度。本文针对建筑行业中的高层建筑的不规则结构的设计进行研究分析，以求给建筑设计师在建筑设计的应用上提供有用的意见。

关键词：高层建筑；不规则结构；建筑造型；视觉体验

引言

在高层建筑的设计中，一般是采用规则性的结构设计，但是现在越来越多的高层建筑结构设计采取的是不规则结构的设计，以求能给人一种独特的视觉体验，但是不规则的结构设计会有很多的难度，其中特别严重的是会造成平面刚度中心和质量中心不在一个点上，因此为了确保高层建筑的安全性和艺术性，需要对高层建筑不规则结构设计的应用进行分析。

1高层建筑不规则结构设计技术

1.1不规则性高层建筑的主要设计要求

一般情况下高层建筑工程不规则性结构主要有两种类型。一种是平面结构的不规则性，这种不规则性结构大多表现为建筑工程部分的不连续性，平面凹凸不规则性等方面，通常情况下，建筑设计师会依据建筑结构中每一层楼两边的弹性水平位移来分析结构的不规则扭转，通过高层建筑结构的投影方向以及尺寸中数值来分析不规则凹凸的相关数据是否达到要求，通常情况下必须确保建筑工程中结构平面凹进一侧的面积大小不得低于百分之三十，以防建筑在实际使用过程中逐渐形成变形的现象。通过建筑结构的平面刚度变化以及楼板大小出现变化的状况来分析高层建筑工程结构部分楼板的不连续性情况，确保相关数据能够达到标准的要求。另一种是竖向结构的不规则性，这种不规则性结构大多表现为竖向抗侧力不连续性、承载分布不均匀性、竖向刚度的不规则性等方面。一般情况下建筑设计师将附近建筑的对应上一楼层作为相关标准，针对建设的建筑进行设计，确保建筑物楼层的倾向刚度值低于百分之七十，或者不得突破本建筑物附近三幢建筑楼层的平均倾向刚度数值的百分之八十上下的限制。建筑结构中的抗侧力构件一般从水平转换构件更改为垂直传递构件。建筑设计师通过将本楼层的抗侧力方面的收简历情况相对比，确保其中的收件概率低于百分之八十，将其与下一楼层相比较，保证本楼层在相关建设流程中的质量高于下一楼层质量的1.5倍。

1.2高层建筑不规则结构设计技术的发展趋势

目前我国的建筑行业目前积累了大量的人才和巨额的资本，逐渐成为了我国的经济支柱，当然人才济济的行业要求也更高，目前大多数建筑行业的佼佼者逐渐开始流行在高层建筑中使用不规则结构这种建筑风格，力求突破传统保守的建筑机构设计，让建筑工程特别是高层建筑工程在具有高质量的建筑保证的同时，也能够达到视觉上的美好体验。现阶段我国出现了很多让人叹为观止的高层建筑物，比如，北京的大裤衩，北京的鸟巢等等，这些建筑物不仅仅有着天马行空的想象力，而且在相关力学逻辑上也具有很高的艺术性，通过这些象征性的高层建筑物，透露出一个地区甚至是一个国家的建筑设计水平，彰显了一个国家的艺术设计风采，为我国的经济、艺术发展增添了无上的光彩。伴随着我国的进一步经济发展，城市化建设的不断扩展，越来越多的不规则建筑结构将会在城市中出现，特别是高层建筑的不规则结构将会在城市中比比皆是，这必然会成为未来建筑发展的趋势，所以必须针对高层建筑的不规则设计进行研究分析，建设更多更好的不规则结构的高层建筑，给后来的建筑设计师更多更好的范例。

2高层建筑不规则结构设计的应对措施

2.1常见的应对不规则结构设计的措施

根据相关建筑设计师的经验表明，一般建筑工程中倘若具有很大的不规则现象，很容易在各种自然灾害中因为质量偏心过大，扭转刚度过弱而经不住相关特殊条件的检验，而造成建筑物的坍塌和毁坏。其中在建筑物的所有外部破坏事故中，最为严重的破坏因素是扭转效应造成的破坏，因此在建筑工程中必须应用一些切实有效的措施来保证建筑工程的安全性。第一，在相关高层建筑的布置当中应该尽最大可能设计成平面呈不规则，因为一旦出现偏心过大的状况，相关的不规则建筑工程在这样的情况下形成的扭转效应将是巨大的，因此需要出台相关的规定加以限制，避免因为建筑工程偏心过大而造成在各种特殊情况中抗灾害能力过差，导致建筑工程的巨大损失。第二，针对建筑扭转刚度应该在科学合理的范围之内达到它的最大程度，尽可能不要让建筑工程的扭转刚度过于薄弱，通常情况下第一自振周期Tc以扭转为主，第一自振周期T1则以平动为主，具体建筑结构产生的扭转效应基本上可以根据Tc和T1的相关比值来分析，一般情况下，只有在Tc与T1两者数值相差无几的情况下，通过振动耦连状效应的效果，很多的建筑工程中的扭转效应才会有大幅的增加。

2.2建筑物相对偏心距的相关应对措施

建筑工程的相对偏心距和建筑物所形成的扭转效应在很大的程度上表现为线性的关系，倘若要想让扭转效应达到科学合理的控制，一般来说采用把楼层位移比进行更大程度的下降，相应的建筑工程平面布置也要进行规划，以求达到建筑刚心和质心距离更加靠近。具体在建筑工程中降低楼层位移比的措施是：针对结构平面作基本计算以及分析，然后根据其中的不规则性布置进行相关的调整，然后再进行精密的计算来分析判断出建筑物的质心和刚心，与此同时，还需要根据相关建筑工程的实际工作经验和有关数据的支撑，对建筑工程中的结构和整体刚度做出精密的分析判断，以求对那些质心和刚心进行恰当的调整。

2.3其他情况下的调整措施

通常情况下建筑物的结构周期比平方值与扭转效应有着紧密的联系，所以在大多数的建筑工程的设计过程当中，应当对建筑结构的周期性根据具体情况进行缩减，例如在剪力墙的建设过程当中，就应该在固定的区域内针对附近的剪力墙采取增厚或者加长的处置措施，至于跟刚心最远距离的剪力墙特别应该加强关注。一般来说要想在各种剧烈的地质灾害下保证建筑工程能够完整无损，这就需要增强抗扭构件自身的抗剪力，在具体增强抗扭构件自身的抗剪力的操作当中，倘若只是针对结构布置进行相关的调整改进是远远不够的。当建筑物结构完全处于非弹性的情况下，地震作用力一般会对建筑结构施以双向水平受力，建筑结构则会根据形态变化而产生偏心现象。根据相关的理论，抗扭效应是影响构件抗剪力至关重要的因素，在相关的结构布置调整当中，如果重视相关建筑物的抗震性能，则必须对相关构件抗剪性能进行进一步的优化加强，以确保在更加强烈的地质灾害破坏下也能够保持建筑物结构整体处于弹性的状态。在很多高层建筑的不规则结构中有防震缝的相关设置，因为在实际的建筑工程当中有许多情况复杂的平面形状建筑物出现，但是受到各方面各种各样的限制因素而没有办法把相关的平面形状建筑物设计成结构规则的平面，在这些状况下，就可以在相关的建筑结构中应用相当数目的防震缝细分为很多个相对来说简单的单元，这对于高层建筑的不规则结构来说是至关重要的。比如周围的建筑工程如果有很大的基础沉降量时，可以因地制宜地设计相关的抗震缝，特殊情况下这些抗震缝还可以作为沉降缝。

结语

综上所述，通常情况下在建筑工程的建设当中，高层建筑的不规则设计要想保证相关的安全性是有相当大的难度的，特别是不规则程度过大的高层建筑设计中。针对这些高层建筑的设计，一旦在相关结构的布置上出现问题，就会给相关的建筑工程带来巨大的损失，所以通过本文希望相关的设计人员能够注意高层建筑不规则结构设计中的问题，保证不规则结构高层建筑的工程质量。

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