浅谈高层建筑结构设计不规则性的研究和应用

　　摘 要：现代建筑在具备基本使用价值的同时，也越发追求与众不同，独树一帜和美观度，随着不规则性建筑在各地频繁出现，建筑结构的设计水平也得到持续提升。基于此，本文以高层建筑结构设计不规则性应用现状作为切入点，简述相关典型建筑、发展趋势等，再以此为基础，重点论述高层建筑结构设计不规则性的优势以及应用建议，以期通过分析明确相关理论，为后续建筑设计水平的提升提供一定参考。
　　关键词：高层建筑；结构设计；不规则性；偏心距
　　前言
　　不规则性是指建筑结构呈现非对称性特征，具有较多的弧面、曲面等，业界一般认为不规则性建筑设计受到后现代主义流派影响，追求建筑美观和实用性的结合。总体来看，现代建筑技术水平正持续提升，文化发展也为建筑业注入了更多活力，很多不规则性建筑带有明显的地方文化特色，也具有更突出的使用价值。分析高层建筑结构设计不规则性的优势、应用建议等有一定的实际意义。
　　1.高层建筑结构设计不规则性应用现状
　　1.1结构设计不规则性的典型高层建筑
　　后现代主义艺术流派在20世纪末进入我国，便迅速得到推广和发展，这使我国出现了很多结构设计带有不规则性的高层建筑，西方国家的类似建筑数目更多，很多不规则性建筑甚至成为各地地标，较为典型的包括迪拜帆船酒店、我国北京的鸟巢体育馆、美国纽约希尔顿酒店大厦、澳大利亚悉尼歌剧院等。
　　迪拜帆船酒店又称阿拉伯塔酒店，外形酷似船帆，酒店建设在人工岛上，其结构并不完全对称，近海侧笔直，近岸侧则设计为弧面，在建筑顶部，设有小型停机坪，停机坪位于建筑边缘伸出的悬臂梁结构上。迪拜帆船酒店设计上带有明显的沿海文化特色，且外观精美、功能更加完善。我国北京鸟巢体育馆也属于典型的不规则性高层建筑，其空间效果特色突出，各结构相互支撑、汇聚成网格状，编织成鸟巢状立面结构，外观特色鲜明，同时降低了自重、提升了抗风能力。
　　1.2高层建筑结构设计不规则性的发展趋势
　　现代高层建筑采用不规则性设计的主要原因是追求美观，建筑技术的持续发展意味着这种追求还会持续得到重视，此外，不规则性设计也能够实际提升建筑的性能，这一点同样为设计者所看重。总结来看，高层建筑结构设计不规則性的发展趋势包括进一步融合文化特色、提升建筑内涵、强化性能三个方面。文化特色上，以迪拜帆船酒店为代表，该建筑融入了海岸文化和阿拉伯民族的航海文化。建筑内涵方面，以悉尼歌剧院为代表，歌剧院设计时参考了玛雅文化和阿兹特克神庙，设计上更多展现自身丰富的文化内容，使其与建筑性能兼容，提升感染力、表现力。性能的提升方面，各类建筑均有所设计，如我国鸟巢体育馆，不规则性的设计能够提升建筑应对大风的能力，风会沿建筑外侧弧面吹过，不会侵蚀建筑主体结构。
　　2.高层建筑结构设计不规则性的优势
　　2.1提升建筑外观美观度
　　不规则性建筑最突出的优势是美观度提升，这也是大量不规则设计高层建筑能够成为地区标志性建筑物的核心原因。如美国纽约的希尔顿酒店大厦，作为全球知名的大型企业，希尔顿大厦在设计上充分体现变革精神，以不规则性的设计彰显大厦个性，将与众不同的建筑风格呈现出来，与周围众多呆板建筑形成对比，美感度得到了明显提升。迪拜帆船大厦、我国鸟巢体育中心、加拿大玛丽莲梦露大厦也具有类似的特点，外观美感度的提升也可以看做是不规则性建筑设计的主要发展趋势。
　　2.2提升建筑抗震能力
　　建筑抗震能力提升一直以来为业界所重视，提升抗震能力的关键是强化建筑的受力性能，避免地震来临时的拉应力、扭力造成快速破坏，不规则性设计可以使建筑相关能力得到提升，较为典型的是日本建筑。日本高层建筑在设计时，会根据地区具体情况使结构带有不规则性，如在建筑距顶部三分之二处增加一些非对称结构，当地震发生时，非对称结构可以首先承担部分扭力和拉应力，避免建筑中部快速破损，使人员拥有更多的逃生机会。此外，意大利、西班牙、希腊等国也在提升自身建筑水平，通过优化抗扭构件设计的方式改善建筑结构的扭转效应，设计大量带有不规则性外观结构的建筑，提升了建筑的实用价值[1]。
　　3.高层建筑结构设计不规则性的应用建议
　　3.1减小结构相对偏心距
　　在此前研究人员的实验中，偏心距对抗震的作用进一步得到证明，总体来看，理想状态下的建筑扭转效应与相对偏心距呈现线性关系，改善建筑的扭转效应可以提升对楼层位移的控制能力，降低地震的瞬时破坏。为减小结构偏心率，可以调整建筑外观的平面布置，改变结构化特性，调整原则为使刚心和结构质心更为接近，改善建筑的扭转效应。这就要求设计人员了解建筑所在地区地震发生的情况和破坏水平，再计算建筑刚心和质心的偏心距，以保证承重结构性能为前提条件，酌情减少或者增加质心较远的剪力墙，但减少长度不宜超过总长度的5%。
　　3.2控制结构周期比
　　周期比是新高规的3.4.5条规定，结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1 之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。通过控制周期比，也可以减小相对偏心距，增加平动周期，从而提升建筑应对地震等危害的能力。在进行设计时，要求设计人员调整建筑结构的不规则平面布置，使结构扭转周期减小，同时为求提升建筑抗拉应力、扭力的水平，可适当加厚、加长剪力墙，对于距离刚心最近的剪力墙尤其应注意强化[2]。在建筑的不规则部位还可以设置拉梁，进一步增加建筑抗震、抗破坏的性能，加大刚度和整体性，控制楼层侧移，提升安全性。
　　3.3重视展现文化内涵
　　不规则性建筑的性能较普通建筑更为优越，但在设计和建设过程中，如果未能考虑外层观感，建筑的总体价值同样难以保证，这要求设计人员适当将当地特色以及其他地区文化特色融入设计中，保证建筑性能的同时，提升建筑的文化内涵以及美观度。前文中介绍了迪拜帆船酒店、悉尼歌剧院等具有文化特色的地标性建筑物，对这两处建筑进行分析，不难发现其结构设计、外形特色与周边文化、自身性能带有明显的内在关联，帆船酒店位于海滨人工岛上，而悉尼歌剧院的建设融合了传统文化和自身的艺术表现职能[3]。后续工作中，设计人员在进行高层建筑不规则性设计时，也可以遵循这一原则。
　　假定某地准备建设9层高的活动中心，在进行设计时，可以首先考量当地环境，如果当地频发地震，可以在第三层位置优化设计，调整方案，将周期比控制在0.85的水平。同时，为求强化文化内涵的展示、提升设计美观度，可以在外观不规则处进行优化，如设计完成后存在突出部分，可对该部分进行加工，采用仿石材、石质材料等，雕刻成球状，体现建筑的运动精神。如果建筑进行不规则设计后，内部结构受到影响，出现了空间挤压、压缩、内凸等情况，也可以进行加工，将内凸部分设计为一处休息角落，摆放桌椅、放置名人雕像等，提升文化氛围，既没有降低建筑性能，也能够实现文化内涵的多样展示。
　　4.总结
　　通过分析高层建筑结构设计的不规则性，了解了相关理论内容。不规则设计在现代建筑中越发多见，在具备现代艺术感的同时也提升了建筑性能，包括抗震、抗风等。结合当前国内外建筑情况，高层建筑结构设计的不规则性可以进一步发展、更广泛的应用。在实际应用中，应注意抗扭构件设计、结构周期比、结构相对偏心距等，确保建筑美观实用。后续工作中，应用上述理论也有助于提升不规则性高层建筑结构设计的水平。
　　参考文献
　　[1]陈树良.建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2016（06）：94-95.
　　[2]姜海凤.关于高层建筑结构设计不规则性的研究和应用[J].江西建材，2015（07）：55+60.
　　[3]邵伟，惠秋景，朱小溪.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].现代国企研究，2015（06）：102.

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