建筑结构设计中不规则性问题的研究

王海斌

摘要：在现代建筑设计过程中，出于人们对建筑外观的个性化追求，以及设计师标新立异的设计倾向，许多建筑在结构上完全不同与传统建筑的对称结构，呈现出不规则性的特点。不规则结构的建筑物虽然在外观上具有一定的突出特征，但如结构设计缺乏合理性，其结构强度与抗震性能都将会大大折扣，并带来一定的安全隐患，因此，加强对建筑结构设计的不规则性问题的研究，确保不规则建筑结构设计的合理性有着重要的意义。

关键词：建筑结构设计；不规则性问题；研究

跳出传统建筑对称模式，进行建筑结构的不规则设计，是现代建筑设计突出自身特点，体现审美价值的重要途径。由于不规则设计在结构强度与稳定性上会受到一定的影响，而保障建筑物的性能与使用安全又是建筑设计的必然要求，这也给不规则建筑结构的设计提出了较高的要求。随着现代建筑技术的发展以及新型高性能建筑材料的广泛应用，不规则建筑结构的安全性与可靠性也能够通过科学的设计与技术、材料的合理选用而得到充分的保障。

一、不规则建筑结构设计的分类

1.平面不规则结构

平面不规则结构的特征主要有：（1）扭转不规则，扭转的位移比大于1.2。（2）凸凹不规则，包括平面狭长、突出过细、凹进过多等。（3）楼板局部不连续，局部楼板宽度不足所在层典型宽度的一半，开洞面积大于总面积30%，有较大错层等。

2.竖向不规则机构

竖向不规则结构的特征主要有：（1）侧向刚度不规则，楼层侧向刚度低于其相邻上部楼层的70%或上部相邻三层平均侧向刚度的80%；在结构顶部存在部分墙体柱体被取消的情况，形成空旷房间。（2）竖向抗侧力构件不连续，抗侧力构件内力经由水平转换构件向下传递。（3）楼层承载力突变，A级高层建筑的层间受剪承载力比小于0.8，B级高层小于0.75。

3.超规范结构

超规范结构的主要包括：（1）超高结构，超过了规范规定的最大高度。（2）超限结构，超过了规范规定的其它限值。（3）新型结构，特指采用新材料、新工艺、新技术建造的，规范没有涉及的新的结构类型。由于超规范结构本身属于超出相关规范的限制，或没有明确的规范限制的建筑结构设计，与之相适应的施工技术也极不成熟，在对其进行结构归类时，即使其平面与立面布置相对规则，仍要将其归为不规则结构的类型中，确保设计审查的严谨性，以及建筑结构的稳定性。

4.复杂高层结构

复杂高层结构主要包括带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构、多塔楼结构等。

二、建筑结构设计中不规则性问题探究

1.建筑荷载传力问题

在不规则建筑结构中，荷载传力特征也会发生一定的改变，常规建筑物由于其结构的规则性，建筑荷载可以通过垂直或水平结构部分，快速将荷载从其作用点传导至建筑物相应的持力点。而不规则建筑结构由于结构的不规则性，其荷载传力方式与途径也会发生相应的变化，因此必须要对荷载传力问题进行合理的设计，根据建筑物所承受的荷载特征，对建筑物结构设计进行相应优化。

2.结构刚度问题

不规则建筑结构的结构刚度问题，是影响建筑物使用性能与安全性能的重要因素，因此应在结构设计中给与足够的重视。对于楼屋盖的结构刚度应控制在一定的范围内，其刚度如果过高，就会导致楼屋盖自身重量的增加，所占空间也会增大，在一定程度上对建筑物的空间使用造成影响，也增加支撑结构的荷载，同时还会造成施工成本的增加；而如果樓屋盖的结构强度过小，也会导致梁板结构易发生较大变形，一方面破坏建筑的美观性，另一方面也可能会导致建筑物门窗、填充墙的损坏，影响建筑物的使用性能。此外，还要对主体抗侧力结构的刚度进行合理控制，要确保其刚度能够满足建筑物的正产使用，并能够维持建筑物在一定范围外力作用下的稳定性。

三、加强不规则建筑结构稳定性与可靠性的措施

1.加强设计方案的优化

在不规则建筑结构的设计中，尤其是高层建筑的结构设计中，应在尽量满足建筑物外观需求的同时，对设计方案进行合理的优化，如对建筑物外观进行设计时，可以考虑使用规则平面的组合形成不规则平面效果的设计方案，由于规则平面本身具有受力均匀的特点，这也可以有效的弥补建筑物外观不规则平面受力不均匀而影响安全性与稳定性的不足。对平面凸凹不规则结构的设计，可以考虑合理加设防震缝或滑动铰支撑，形成多个较规则的抗侧力结构单元，以此来提高建筑物的安全性。在设计楼板不连续结构部分时，应考虑适当加设拉梁或拉板，从而避免不连续程度过大对建筑结构稳定性与安全性的影响。

2.选用合理的计算分析方法

建筑物抗震能力的计算分析是一项相对复杂的工作，由于地震的发生不易预测，且一旦发生往往危害性较大，这也增加了这项工作的难度。现阶段国内外对于建筑物方针能力的计算分析上还没有形成完全统一的标准与计算方法，通常建筑结构设计会将符合国家规定作为计算分析方法与标准选用的依据。常规计算分析方法主要包括底部剪力法、弹性时程法、振型分解反应谱法等方法进行对建筑物结构设计的分析，而具体选用何种方法还要根据建筑物的实际设计要求与施工需求来最终决定。此外，随着科学技术的不断发展，新的更科学的计算分析方法也将逐渐被人们应用，并通过更准确的评估分析，为建筑物的设计与施工提供科学的指导。

3.提高建筑物抗扭部件的抗剪力

对于高层建筑物不规则结构的设计，要充分考虑到高层建筑物的特征以及对抗震性能的具体要求，必须充分保障高层建筑物结构的稳定性与安全性，防止其在地震中垮塌所造成的严重损失。高层建筑物抗扭部件容易受到地震中产生剪力影响，而发生变形，因此，在设计过程中应充分考虑到高层建筑物抗扭部件结构的抗剪性能，从而确保建筑物在受到地震影响时，能够保持自身整体弹性的状态，减少所受到的影响，进而提高高层建筑物整体的稳定性与安全性。

4.合理设计建筑物的结构刚度

为充分提高建筑物的稳定性与安全性，应该对建筑物的关键部位的结构刚度进行合理的设计。如对于楼屋盖结构的设计，要确保其刚度既满足正常的使用需求，具有足够的稳定性，同时也要考虑到结构自身的重量、建筑物的使用功能以及施工成本问题，设定最合理的结构刚度。对于抗侧力结构的刚度设计，要确保结构能够充分发挥出其抗侧力的功能，要能够充分保障建筑物整体结构的稳定性。此外，对不同结构部位的刚度比应进行合理的设计，使其满足建筑物整体结构稳定的要求。

5.设置弹性楼板

弹性楼板的设置对于增强不规则结构建筑物的抗震能力也有着很好的作用。弹性楼板主要应用于楼板不连续、开洞面积较大、表面凸凹不规则等情况下的楼板设计，由于刚性楼板在这些情况所发挥的抗震性能并不理想，而选用弹性楼板则能够发挥出相对较好的效果。对于弹性楼板的弹性数值也要进行准确的控制，如弹性过大会影响到建筑物的整体稳定性，弹性过小，又无法起到良好的抗震作用，因此对于弹性楼板的设计与材料选择要进行严格的把关，进而保障建筑物整体结构的稳定与安全性。

总结：对建筑结构设计的不规则性问题的研究，对于现代建筑设计的优化与建筑整体质量的提升有着积极的作用。不规则建筑结构虽然在建筑设计以及施工上都有着更高的难度，但随着设计理念与科学的设计方案的不断创新，以及先进的施工技术的应用，完全能够实现建筑物外观的艺术性与结构安全性、稳定性的和谐统一，从而提升建筑质量与审美价值。

参考文献：

[1] 安志法.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].吉林大学，2012