李燕

摘 要：現(xiàn)代建筑在具備基本使用價值的同時，也越發(fā)追求與眾不同，獨樹一幟和美觀度，隨著不規(guī)則性建筑在各地頻繁出現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)的設計水平也得到持續(xù)提升?；诖?，本文以高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性應用現(xiàn)狀作為切入點，簡述相關典型建筑、發(fā)展趨勢等，再以此為基礎，重點論述高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的優(yōu)勢以及應用建議，以期通過分析明確相關理論，為后續(xù)建筑設計水平的提升提供一定參考。

關鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；不規(guī)則性；偏心距

前言

不規(guī)則性是指建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)非對稱性特征，具有較多的弧面、曲面等，業(yè)界一般認為不規(guī)則性建筑設計受到后現(xiàn)代主義流派影響，追求建筑美觀和實用性的結(jié)合。總體來看，現(xiàn)代建筑技術水平正持續(xù)提升，文化發(fā)展也為建筑業(yè)注入了更多活力，很多不規(guī)則性建筑帶有明顯的地方文化特色，也具有更突出的使用價值。分析高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的優(yōu)勢、應用建議等有一定的實際意義。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性應用現(xiàn)狀

1.1結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的典型高層建筑

后現(xiàn)代主義藝術流派在20世紀末進入我國，便迅速得到推廣和發(fā)展，這使我國出現(xiàn)了很多結(jié)構(gòu)設計帶有不規(guī)則性的高層建筑，西方國家的類似建筑數(shù)目更多，很多不規(guī)則性建筑甚至成為各地地標，較為典型的包括迪拜帆船酒店、我國北京的鳥巢體育館、美國紐約希爾頓酒店大廈、澳大利亞悉尼歌劇院等。

迪拜帆船酒店又稱阿拉伯塔酒店，外形酷似船帆，酒店建設在人工島上，其結(jié)構(gòu)并不完全對稱，近海側(cè)筆直，近岸側(cè)則設計為弧面，在建筑頂部，設有小型停機坪，停機坪位于建筑邊緣伸出的懸臂梁結(jié)構(gòu)上。迪拜帆船酒店設計上帶有明顯的沿海文化特色，且外觀精美、功能更加完善。我國北京鳥巢體育館也屬于典型的不規(guī)則性高層建筑，其空間效果特色突出，各結(jié)構(gòu)相互支撐、匯聚成網(wǎng)格狀，編織成鳥巢狀立面結(jié)構(gòu)，外觀特色鮮明，同時降低了自重、提升了抗風能力。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代高層建筑采用不規(guī)則性設計的主要原因是追求美觀，建筑技術的持續(xù)發(fā)展意味著這種追求還會持續(xù)得到重視，此外，不規(guī)則性設計也能夠?qū)嶋H提升建筑的性能，這一點同樣為設計者所看重?？偨Y(jié)來看，高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的發(fā)展趨勢包括進一步融合文化特色、提升建筑內(nèi)涵、強化性能三個方面。文化特色上，以迪拜帆船酒店為代表，該建筑融入了海岸文化和阿拉伯民族的航海文化。建筑內(nèi)涵方面，以悉尼歌劇院為代表，歌劇院設計時參考了瑪雅文化和阿茲特克神廟，設計上更多展現(xiàn)自身豐富的文化內(nèi)容，使其與建筑性能兼容，提升感染力、表現(xiàn)力。性能的提升方面，各類建筑均有所設計，如我國鳥巢體育館，不規(guī)則性的設計能夠提升建筑應對大風的能力，風會沿建筑外側(cè)弧面吹過，不會侵蝕建筑主體結(jié)構(gòu)。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的優(yōu)勢

2.1提升建筑外觀美觀度

不規(guī)則性建筑最突出的優(yōu)勢是美觀度提升，這也是大量不規(guī)則設計高層建筑能夠成為地區(qū)標志性建筑物的核心原因。如美國紐約的希爾頓酒店大廈，作為全球知名的大型企業(yè)，希爾頓大廈在設計上充分體現(xiàn)變革精神，以不規(guī)則性的設計彰顯大廈個性，將與眾不同的建筑風格呈現(xiàn)出來，與周圍眾多呆板建筑形成對比，美感度得到了明顯提升。迪拜帆船大廈、我國鳥巢體育中心、加拿大瑪麗蓮夢露大廈也具有類似的特點，外觀美感度的提升也可以看做是不規(guī)則性建筑設計的主要發(fā)展趨勢。

2.2提升建筑抗震能力

建筑抗震能力提升一直以來為業(yè)界所重視，提升抗震能力的關鍵是強化建筑的受力性能，避免地震來臨時的拉應力、扭力造成快速破壞，不規(guī)則性設計可以使建筑相關能力得到提升，較為典型的是日本建筑。日本高層建筑在設計時，會根據(jù)地區(qū)具體情況使結(jié)構(gòu)帶有不規(guī)則性，如在建筑距頂部三分之二處增加一些非對稱結(jié)構(gòu)，當?shù)卣鸢l(fā)生時，非對稱結(jié)構(gòu)可以首先承擔部分扭力和拉應力，避免建筑中部快速破損，使人員擁有更多的逃生機會。此外，意大利、西班牙、希臘等國也在提升自身建筑水平，通過優(yōu)化抗扭構(gòu)件設計的方式改善建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，設計大量帶有不規(guī)則性外觀結(jié)構(gòu)的建筑，提升了建筑的實用價值[1]。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的應用建議

3.1減小結(jié)構(gòu)相對偏心距

在此前研究人員的實驗中，偏心距對抗震的作用進一步得到證明，總體來看，理想狀態(tài)下的建筑扭轉(zhuǎn)效應與相對偏心距呈現(xiàn)線性關系，改善建筑的扭轉(zhuǎn)效應可以提升對樓層位移的控制能力，降低地震的瞬時破壞。為減小結(jié)構(gòu)偏心率，可以調(diào)整建筑外觀的平面布置，改變結(jié)構(gòu)化特性，調(diào)整原則為使剛心和結(jié)構(gòu)質(zhì)心更為接近，改善建筑的扭轉(zhuǎn)效應。這就要求設計人員了解建筑所在地區(qū)地震發(fā)生的情況和破壞水平，再計算建筑剛心和質(zhì)心的偏心距，以保證承重結(jié)構(gòu)性能為前提條件，酌情減少或者增加質(zhì)心較遠的剪力墻，但減少長度不宜超過總長度的5%。

3.2控制結(jié)構(gòu)周期比

周期比是新高規(guī)的3.4.5條規(guī)定，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動為主的第一周期T1 之比，A級高度高層建筑不應大于0.9；B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復雜高層建筑不應大于0.85。通過控制周期比，也可以減小相對偏心距，增加平動周期，從而提升建筑應對地震等危害的能力。在進行設計時，要求設計人員調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則平面布置，使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期減小，同時為求提升建筑抗拉應力、扭力的水平，可適當加厚、加長剪力墻，對于距離剛心最近的剪力墻尤其應注意強化[2]。在建筑的不規(guī)則部位還可以設置拉梁，進一步增加建筑抗震、抗破壞的性能，加大剛度和整體性，控制樓層側(cè)移，提升安全性。

3.3重視展現(xiàn)文化內(nèi)涵

不規(guī)則性建筑的性能較普通建筑更為優(yōu)越，但在設計和建設過程中，如果未能考慮外層觀感，建筑的總體價值同樣難以保證，這要求設計人員適當將當?shù)靥厣约捌渌貐^(qū)文化特色融入設計中，保證建筑性能的同時，提升建筑的文化內(nèi)涵以及美觀度。前文中介紹了迪拜帆船酒店、悉尼歌劇院等具有文化特色的地標性建筑物，對這兩處建筑進行分析，不難發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)設計、外形特色與周邊文化、自身性能帶有明顯的內(nèi)在關聯(lián)，帆船酒店位于海濱人工島上，而悉尼歌劇院的建設融合了傳統(tǒng)文化和自身的藝術表現(xiàn)職能[3]。后續(xù)工作中，設計人員在進行高層建筑不規(guī)則性設計時，也可以遵循這一原則。

假定某地準備建設9層高的活動中心，在進行設計時，可以首先考量當?shù)丨h(huán)境，如果當?shù)仡l發(fā)地震，可以在第三層位置優(yōu)化設計，調(diào)整方案，將周期比控制在0.85的水平。同時，為求強化文化內(nèi)涵的展示、提升設計美觀度，可以在外觀不規(guī)則處進行優(yōu)化，如設計完成后存在突出部分，可對該部分進行加工，采用仿石材、石質(zhì)材料等，雕刻成球狀，體現(xiàn)建筑的運動精神。如果建筑進行不規(guī)則設計后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到影響，出現(xiàn)了空間擠壓、壓縮、內(nèi)凸等情況，也可以進行加工，將內(nèi)凸部分設計為一處休息角落，擺放桌椅、放置名人雕像等，提升文化氛圍，既沒有降低建筑性能，也能夠?qū)崿F(xiàn)文化內(nèi)涵的多樣展示。

4.總結(jié)

通過分析高層建筑結(jié)構(gòu)設計的不規(guī)則性，了解了相關理論內(nèi)容。不規(guī)則設計在現(xiàn)代建筑中越發(fā)多見，在具備現(xiàn)代藝術感的同時也提升了建筑性能，包括抗震、抗風等。結(jié)合當前國內(nèi)外建筑情況，高層建筑結(jié)構(gòu)設計的不規(guī)則性可以進一步發(fā)展、更廣泛的應用。在實際應用中，應注意抗扭構(gòu)件設計、結(jié)構(gòu)周期比、結(jié)構(gòu)相對偏心距等，確保建筑美觀實用。后續(xù)工作中，應用上述理論也有助于提升不規(guī)則性高層建筑結(jié)構(gòu)設計的水平。

參考文獻

[1]陳樹良.建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的研究與應用[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2016（06）：94-95.

[2]姜海鳳.關于高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的研究和應用[J].江西建材，2015（07）：55+60.

[3]邵偉，惠秋景，朱小溪.高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的研究與應用[J].現(xiàn)代國企研究，2015（06）：102.