劉正龍

（太原市聚川都市建筑工程設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030024）

近幾年來(lái)，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的建筑規(guī)模日益擴(kuò)大，然而，由于對(duì)建筑地點(diǎn)、性能和外觀的高要求，高層建筑的結(jié)構(gòu)特征變得越來(lái)越復(fù)雜，各種各樣的形狀相繼出現(xiàn)，并且具有特別不規(guī)則形態(tài)的建筑數(shù)量更是逐漸增加。研究表明，平面不規(guī)則建筑在地震等自然災(zāi)害下更容易發(fā)生變形或倒塌事故，比規(guī)則的建筑更容易被自然災(zāi)害破壞。

1 平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）水平力是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵影響因素。通常，在設(shè)計(jì)三維建筑的結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要首先考慮到結(jié)構(gòu)的垂直荷載。根據(jù)數(shù)據(jù)研究，在垂直部分中，由結(jié)構(gòu)自重和樓面荷載引起的軸向力與彎矩對(duì)建筑物的高度成正比。然而，在建筑物呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)層次中，水平荷載帶來(lái)的影響程度依舊是不相同的，它與高層建筑物高度的平方成正比。這意味著，假設(shè)建筑物的高度符合科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)條件，垂直荷載將是一個(gè)固定值，水平荷載將根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)逐漸變化。

2）建筑的高度與水平運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，高層建筑的水平運(yùn)動(dòng)是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。另外，隨著建筑物高度的逐漸增加，各種極具創(chuàng)新力的建筑結(jié)構(gòu)體系和形式出現(xiàn)，并且在使用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間之后，水平儲(chǔ)存范圍擴(kuò)大。所以，在參與高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到抗推剛度的方面。

3）在實(shí)際的建筑施工中，有必要減輕高層建筑本身的重量，建筑的重量和地震產(chǎn)生的效應(yīng)成正比比例關(guān)系。因此，減輕建筑物自身的重量將會(huì)大大提高建筑結(jié)構(gòu)的性能，降低了地震剪力產(chǎn)生的抗震能力，并有助于降低地震時(shí)的傾覆力。

4）在不規(guī)則的平面上設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)，若設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用性不夠強(qiáng)，該建筑的實(shí)用性就會(huì)有所影響。我們就需要保證這座高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)實(shí)需求，依照具體的地點(diǎn)與環(huán)境要求來(lái)設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造，并選擇合適的材料。在具體的實(shí)施過(guò)程中，首先要準(zhǔn)確確定建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則定位。通過(guò)這種方式，可以針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)制定方案的方式進(jìn)行合理開發(fā)，從而保證整個(gè)建筑的性能。通常平面不規(guī)則建筑能夠產(chǎn)生水平偏心力，導(dǎo)致不同程度的建筑材料的拋擲變形。

2 實(shí)際案例以及危害

位于中國(guó)首都北京的中央電視臺(tái)總部大樓是以不同的方式設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)方面，著重于重力結(jié)構(gòu)和高度的重大挑戰(zhàn)。建筑的空間結(jié)構(gòu)形狀就像兩個(gè)“Z”字蜿蜒交叉，是三維的圓形姿態(tài)。中央電視臺(tái)總部大樓不可否認(rèn)是一個(gè)典型的不規(guī)則設(shè)計(jì)的例子，向人們展示了這類不規(guī)則結(jié)構(gòu)無(wú)限的吸引力和中國(guó)設(shè)計(jì)的高端技術(shù)水平。與傳統(tǒng)建筑相比，總部大樓的成功建造無(wú)疑是一個(gè)巨大的突破，它對(duì)傳統(tǒng)的建筑風(fēng)格有一個(gè)重大創(chuàng)新，融入了許多時(shí)代元素，具有十分重要的時(shí)代意義。

這種建筑充滿了個(gè)性和獨(dú)特的風(fēng)格，突破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，建筑的裝飾性和功能性也越來(lái)越強(qiáng)，越來(lái)越容易被人識(shí)別。然而，這些建筑大多具有不規(guī)則的平面特征的弱點(diǎn)，如不規(guī)則的平面特性，通常會(huì)導(dǎo)致重心和剛度中心之間的偏移，從而在地震的強(qiáng)大作用下產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)。在遇到自然災(zāi)害時(shí)，不規(guī)則平面通常會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重受損的應(yīng)力集中。因此，為了保障建筑系統(tǒng)的安全性和可靠性，就必須重視不規(guī)則高層建筑的設(shè)計(jì)工作

即使不規(guī)則的設(shè)計(jì)風(fēng)格可以提高建筑的整體美觀性，但不規(guī)則設(shè)計(jì)對(duì)本身建筑結(jié)構(gòu)的承受力有很大影響，普遍存在為不規(guī)則和不連續(xù)的現(xiàn)狀。如果我們不對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行更加科學(xué)性和合理性的設(shè)計(jì)，將會(huì)威脅到建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，更會(huì)隱藏更多的安全風(fēng)險(xiǎn)［1]。

3 提高平面不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的措施

1）設(shè)計(jì)人員要充分認(rèn)清當(dāng)前形勢(shì)發(fā)生的變化，為了提高平面不規(guī)則的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層次標(biāo)準(zhǔn)，就要在設(shè)計(jì)創(chuàng)新的過(guò)程中適當(dāng)融入創(chuàng)新的概念，在綜合素質(zhì)都優(yōu)越的設(shè)計(jì)師的指導(dǎo)支持下，完成高層建筑的安全合理設(shè)計(jì)。另外，根據(jù)當(dāng)?shù)噩F(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)情況，需要選擇可靠的材料來(lái)細(xì)化不規(guī)則高層建筑物的完整結(jié)構(gòu)內(nèi)容，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層次水平的提高打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2）增強(qiáng)如今網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的運(yùn)用，最大限度地提高不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用效益，利用合法的途徑獲取信息資源，使設(shè)計(jì)的質(zhì)量水平更有保證，提高這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)信息化層次，有效解決平面不規(guī)則高層建筑出現(xiàn)的設(shè)計(jì)難題，促進(jìn)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐步提高水平。

3）通過(guò)專業(yè)培訓(xùn)課程的支持，全方位提高平不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體素質(zhì)，充分發(fā)揮其專業(yè)優(yōu)勢(shì)，為提高此類建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)層次提供支持。與此同時(shí)，我們需要十分注意抗震減震技術(shù)的適當(dāng)選擇，清晰因環(huán)境因素造成的影響，更加有針對(duì)性地進(jìn)行不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終達(dá)到不斷提高設(shè)計(jì)水平層次的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于諸多原因造成的影響，建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)的現(xiàn)象不可避免。因此，為了保證高層建筑物的質(zhì)量過(guò)關(guān)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，并以此為基礎(chǔ)討論出更加科學(xué)合理的決策方案，在根源上保證高層建筑物不規(guī)則設(shè)計(jì)的合理性。今后，在使用不規(guī)則平面設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，有必要從結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)上實(shí)施更具科學(xué)性的設(shè)計(jì)，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理化的設(shè)計(jì)。