高层建筑结构设计中的不规则问题与抗震方法

高层建筑结构设计中的不规则问题与抗震方法

葛鹏

身份证号码：33072419900904543X

摘要：随着建筑设计技术的持续进步，高层建筑在整个建筑项目中扮演了重要的角色。这类建筑的独特之处包括其庞大的规模、复杂的结构以及对内部功能的多元化需求，同时，它们的设备功能也需要更高的标准。对于高层建筑的结构设计，关键在于对每一个非规则部分进行详细的分析和研究，并据此制定出具有针对性的结构策略以及增强策略。

关键词：高层建筑；结构设计；不规则问题；抗震方法

引言

抗震设计的宗旨在于打造一个既安全又经济的工程项目，以便在地震来临时，能够充分展示其防震功能，为公众的安全撤离赢得宝贵的时间，并最大限度地降低损失。要达到这一目标，必须严格遵守规定的抗震设计方案，在吸取过去的经验教训后，挑选适宜的工程区域，使用合适的结构框架，持续改善布局方案，并对关键的弱点进行增强处理，以此从多个角度减少地震灾害带来的负面影响。

1高层建筑结构设计的重要性

高层建筑结构设计的重要性体现在多个方面。首先，高层建筑必须承受其自身的重量和风力，所以，适当的结构设计对于保障其安全性和稳定性极为关键。优秀的结构设计有助于在遭遇自然灾害和外界冲击时，使得高层建筑能够维持其稳定性，从而确保其内部及其周边环境的安全。其次，对于高级住宅的建造，其结构设计紧密地联系着其实际的应用性质及其空间规划。在进行结构设计的过程中，必须充分考量到建筑的内部空间配置、支撑墙、支撑柱及支撑梁的摆放等各种元素，这样才能够满足各个功能区的需求，同时还要保证整个建筑的架构是合适且坚实的，从而实现对空间的最优利用。最后，优秀的结构规划有助于降低材料的滥用，同时也能增强建筑的节能特性。

2不规则结构设计中存在的问题

2.1对不规则问题认识不足

在进行高层建筑的设计时，通常会让设计团队更专注于达成建筑的使用目标以及美观的外观，却忽略了对于结构的非规则特征的考虑。他们并未完全理解，与非规则的结构相比，非规则的结构在抵御地震、风力等因素上所承受的压力和危害。由于存在观念的误区，在设计过程中未考虑到不规则性可能带来的结构安全问题，也未充分评估其在分析与设计方面的复杂性。由于设计团队未花费充裕的时间与精神来详细探讨不规则结构的力学属性以及损害原因，他们对此类结构的理解仅停留在肤浅层次，缺少深层次的理解，从而对设计品质产生负面效果。

2.2计算分析模型简化过度

因为它的独特的几何外观以及结构配置，非标准的结构在建立计算分析模型上相较于标准的结构来说，会显得更为繁琐。有些设计团队为了减轻计算负担，将结构做得过于精细，而忽视了一些重要的非标准元素，从而使得计算分析模型出现偏差。例如，当考虑垂直的非规则建筑，可能会在精简计算模型的过程中，忽视了楼板的刚性和重量的改动，导致无法精确地模拟出像洞口、跳跃这样的脆弱区域；同样，当考虑水平的非规则建筑，在精简模型的过程中，也可能会遗漏掉扭曲刚性、偏心受力等元素的作用。由于这种过于精炼的运算方式，不能精确描绘出建筑物在受到地震冲击时的实际反馈，从而对设计参数的选择以及部分钢筋的搭建产生了负面效果，并且潜藏着潜在的风险。

2.3未充分考虑扭转效应

在高层建筑中，常见的是平面和垂直方向的不规则性，这通常会导致额外的扭曲效果。然而，目前许多设计机构并未充分关注到这个问题，也没有严格遵循标准的要求来处理扭曲效果。他们在设计过程中对于整个结构以及部分区域的抗扭刚度的预测并不充分，也没有采用有效的方法来增强结构的抗扭曲变形能力。在地震发生的时候，扭转力矩可以明显提升建筑物的某些区域的压力，有可能超出建筑物的承重能力，从而引发建筑物的损坏和倒塌。

3高层建筑结构不规则的抗震方法

3.1合理布置结构平面和立面

在高层建筑的建筑设计过程中，常常会遇到不规则的元素，这些元素可能会对其防震功能造成严重的负面效果。因此，在进行高层建筑的设计时，恰当地安排结构的平面和立面布局是最基础且至关重要的防震设计方法之一。在设计平面布局时，设计师应该优先选择对称且有规律的形状，例如矩形、正方形等，以防止出现明显的非对称特性，对于一些无法彻底消除的不规则形状，能够采取适当的建筑方式来降低它们的负面效果。比如，在平面布局中适当地安装剪力墙，或者配备对称的支撑结构，都能够显著增强整个平面的刚性，减少扭曲效应的影响。在设计立面时，应该尽可能地使用连贯且平稳的方式，以防止出现如悬挑、飞跨等显著的不规则元素。这些不规则的立面结构可能会引发局部的刚度和质量的剧烈变化，从而使得在垂直地震力的影响下，结构的应力集中，进一步提高了构件破损的可能性。因此，可以通过使用错层设计或阶梯式布置等方法，逐渐转变立面的形态，这样能够减少局部刚度的剧烈波动，并降低应力集中的危险。

3.2设置阻尼装置

针对那些具备非常多不规则元素的高层建筑，仅仅通过恰当的建筑设计和立体布局，很可能无法彻底解决地震引发的动态反馈问题。阻尼设备可以有效的吸纳来自地震的能源，限制结构的反馈，进一步减少非常多元化元素对防震功能的负面冲击。一般来说，常见的阻尼设备有粘滞阻尼器、摩擦阻尼器及铅芯阻尼器。它们利用消耗地震能源的手段，有效的缩短了建筑物在受到地震影响时的偏移和加速反应，从而减少了压力聚集的危害，并增强了建筑物的全面防震功能。但是，为适应各种高层建筑的非标准特征，必须专门为阻尼器的安排以及参数的调整做出相应的设计。例如，当建筑物的平面不规则时，由于扭转效应的存在，其两侧的反应通常超过中心位置。这就需要在结构的两端增加更多的阻尼设备，以便更有效地吸收地震能量。另外，优化阻尼设备的参数也是至关重要的。阻尼器的阻尼力需要全面考虑结构的周期性特征和不规则性等因素，以保证阻尼力在关键部件上能发挥最大效用，并尽可能减少不规则因素的影响。

3.3采用隔震技术

对于高层建筑的结构设计存在的不规则性，使用隔震技术是一种非常有效的防震设计手段。这种技术通过在建筑的底部和顶部结构之间安装隔震设备，例如橡胶隔震支架、摩擦摆动式隔震支架等，能够有效地将地震力分散到顶部结构，显著减少地震力的传播，进而保护建筑物免遭地震的损害。针对那些面积不一、形状不一致或者刚度不均匀的高层建筑，隔震技术特别适合并且具备显著的优点。由于不规则元素可能引发建筑物在地震影响下的强烈动态反应，例如位移扩大、应力集中等，这极大地危害了建筑的总体安全。然而，隔震技术能够有效地阻止地震力量从底层传递至顶层结构，彻底地抑制了不规则元素对动态反应的增强效果。换句话说，当地震发生时，隔震设备会有显著的水平移动，这样就能够吸收并消耗大多数的地震输入能量，从而使得顶层结构只需要承受微弱的地震力，这极大地减少了非规则因素造成的负面效果。同时，隔震系统也能有效分散顶部结构的高频振动反馈，从而减轻了非规则结构在地震作用下的易损性。

结束语

综上，随着社会的进步，高层建筑的结构设计理念和技术必须持续刷新和优化。在进行结构设计时，应该从宏观的角度来看待问题，深入了解并融入结构建筑设备等相关领域，以便做出最佳的结构方案选择和评估。在整个结构设计过程中，从选择结构体系到部分元素的设计，都必须进行深入和详尽的分析，这样才能完成优秀的结构设计。

参考文献

[1]徐建清.简析高层建筑结构设计中的不规则问题与抗震方法[J].江西建材,2023,(06)

[2]毕大博.高层建筑结构设计中的不规则问题与抗震措施[J].建筑技术开发,2021,48(14)