建筑設計規則范文

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第1篇

關鍵詞：2010上海世博會；俄聯邦國家館；非規則

幾何體建筑；制圖定位

中圖分類號：TU242.5

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422(2010)11-0072-04

1背景簡介

世博會一直是各類新奇建筑的表演舞臺，在其歷史上，一個又一個建筑奇跡不斷涌現。在2010上海世博會上，各國場館建筑方案更是無奇不有。這自然給方案的施工圖設計與施工帶來了極大的難度，特別是眾多非規則幾何體建筑場館，幾乎就無法利用現有的傳統施工圖繪制方式表達。需要各專業設計人員與施工人員不斷創新與實踐新的方法。

2010上海世博會俄聯邦國家館建筑(圖2、3、4、5)分為兩大部分――中心主體建筑與周邊1 2個非規則幾何體塔樓。中心主體建筑為長50m、寬50m、高20m的立方體型，外立面覆以鱗片狀的可動金屬表皮，設計師希望通過這些可動的鱗片狀金屬表皮來體現俄羅斯人民的個性與自由。在中心主體建筑周邊相連著12個非規則幾何體塔樓，塔樓由白、金、紅三種顏色構成，底部為白色塔樓主體，上部的透空紋理、紅色底色形成富有俄羅斯各民族元素的圖案，頂部金色金屬網架體系。整體外形設計類似古代斯拉夫人的小村落，象征著生命之花、太陽以及世界樹(斯拉夫人枝葉繁茂的橡樹)的根。在建筑內部的平面布局設計上，中心立方體為主要展覽空間，共分為二層。十二個塔樓則賦予入口、小展廳、辦公室、休息問、餐廳、禮品店、衛生間、設備間等功能。

本文的思索來源于在2010上海世博會俄聯邦國家館施工圖設計咨詢工作中面臨的非規則幾何體塔樓制圖定位難題。同時，當前非規則幾何體建筑設計已經成為一種時尚潮流，因此對這類問題的探索就有十分重要的現實意義。

2制圖定位軸線的傳統作用及在非規則幾何體建筑中的無奈

多年以來，建筑設計都是以圖紙作為表現形式。制圖，就是基于正投影的方法，在圖紙上以二維的形式來表達三維的建筑特征(圖6)。這些圖紙是施工的依據，同時也形成了約定俗成的多工種配合方式，比如多專業對于定位軸線的依賴等。

定位軸線是確定主要結構或構件的位置及標志尺寸的基線，是定位、放線的重要依據。實際上，在設計單位生產實踐中已經形成的工作模式和流程對于定位軸線的依賴要遠遠大于以上概念中對于定位軸線輕描淡寫的定義(圖7)。在設計圖紙中，平、立、剖面的協調，詳圖的索引，多專業的配合流程都離不開定位軸線(圖8)。此外，在施工過程中，定位軸線也起到重要作用，不管建筑形式多么復雜，都需要在基地中確定其準確位置(圖9)。從基地的勘探、打樁、放線開始，定位軸線就已經起著重要的作用，而在隨后的土建和設備安裝工作中定位軸線更是扮演著不可或缺的角色。從對于建筑的重要性方面來說，定位軸線可以被認為是存在于建筑中的看不到的“筋脈”。

但是，隨著非規則幾何體建筑的出現，建筑師發現定位軸線很難在圖紙繪制中起到其“筋脈”的作用。從以下實例可以看出，定位軸線的使用在非規則幾何體建筑設計中面臨難題，設計中的定位問題需要結合相應的三維方式才能解決。

3俄聯邦國家館塔樓定位

世博會俄聯邦國家館由中心的立方體和周邊的十二個塔樓組成(圖10)。十二個塔樓為非規則幾何體。但是又分為兩種結構類型：一種是護表皮為非規則幾何體，而內部結構中柱子為上下垂直的形式，如：4號塔樓(圖11)。這種形式看似復雜但是可以用傳統的設計制圖方式來解決；另一種類型是由內而外全部是非規則幾何體結構，塔樓內柱子全部是傾斜的，每一層的平面形狀都有變化，每一層的墻和柱都與軸線沒有關系(圖12)。本文討論的主要是后一種類型塔樓的定位問題。

3.1定位軸線斜交與正交的選擇

在平面為非規則幾何形的建筑施工圖繪制中，定位方式常常采用傾斜相交的縱橫軸網，即1軸和A軸不是呈90度相交的形式，在本文中我們稱其為斜交軸網(圖13)。

接到設計任務并初步研究后，首先想到俄聯邦國家館這種非規則幾何體建筑定位可能適合采用斜交軸網的形式定位。在進一步的定位設計中，我們發現用這種方法確定的定位軸線難以起到定位和多工種參照的作用，如：確定0標高墻面為參照來確定斜交軸網，但是標注中會發現只有0標高的墻面與軸線存在關系，其他標高墻面與軸線均無關，這樣確定的軸線明顯失去了軸線的定位意義(圖14)。

因而，軸網在任何其他標高的平面圖中只能用來作為標注關鍵點的相對位置。那么斜交軸網的優勢變得并不明顯了，正交軸網似乎是這種情況下的更好選擇，同時正交軸網還存在著：放線準確，與關鍵點的相對位置容易標定的優點(圖15)。

3.2非規則幾何體建筑表達的幾種嘗試方式

另外，世博會俄聯邦國家館的建筑不僅平面為非規則幾何形式，其立面和空間也是非規則幾何體形式，二維的軸網難以完成空間定位的任務，需要具有一種三維的空間定位網絡，以彌補二維軸網在非規則幾何體定位中的不足。

首先考慮的是由X、Y軸繼續向Z軸方向發展而確立一種三維的軸網。按照我們制圖標準確定的×軸線方向為圓圈中的阿拉伯數字1、2、3……，Y軸方向為圓圈中的英文字母A、B、C……，那么能否采用一種沿Z軸方向的圓圈中的羅馬字符I、II、III……或中文中的甲、乙、丙……來表達空間的位置(圖16)。但是，從理論上可行的設想一旦落實便出現了諸多困難，主要是我們希望引入的三維概念通過二維圖紙難以清晰表達，常用的正等軸測的方式在這里也存在著制圖和識圖的不便，因此僅適合作為示意表達而并不適合作為一種系統的空間制圖表達方式。

在表達三維地形的圖紙繪制中常用等高線的表達方法，這種方法近期也常用于形狀復雜的建筑設計表達(圖17)。但是在本項目中，由于建筑形體較為獨特，不僅有凸出的部分還有凹進的部分，而且有的部分下小上大，使得等高線方式的表達會顯得更加復雜，不適合此項目的設計(圖18)。

經過以上多種方式的嘗試和對比，發現在非規則幾何體建筑的表達上，采用標注關鍵點三維坐標的數字形式是一種可以采用的方式，因為這種方式比任何其他形式更直觀清晰。

3.3定位軸線與關鍵點坐標同時保留

設計中確定了建筑形體用三維坐標來表達，但是定位軸線不可能被完全取代，因為施工圖設計中多工種協作以及施工中的定位均離不開定位軸線的作用，于是設計中同時保留了兩套定位系統：正交軸網系統和三維坐標系統。其中三維坐標的原點設置是以軸網的1軸和A軸

交點在O平面的投影點作為起點o(O，0，0)點。以此確定兩套系統的相對關系(圖19)。

4三維定位表達的特點及啟示

隨著計算機應用越來越廣泛，計算機輔助設計及計算機輔助加工制造的日趨成熟，建筑師有條件進行十分復雜的建筑形體的設計，進而推動具有表現力的異形設計作品成為時尚。然而，這卻給施工及多工種配合方面帶來了新的課題。本文以世博會俄聯邦國家館的工程為案例，從非規則幾何體建筑空間定位的角度，提出諸多對于復雜異形建筑設計方面的思索。

對于方案創作者來說，作為一個成熟的建筑師必須明白：除了模仿前衛的造型及形式之上的哲學理念之外，還必須研究建構的方式與材料的運用。建筑并不完全等同于雕塑，那種把彎折扭曲的建筑形式作為自己的創作個性本無可厚非，但是如果缺乏對于材料、造價、工期及建構方式的考慮，這樣的建筑就是違反建構客觀規律的。

對于設計及施工單位多工種之間的協作工作者來說，以往已經形成的配合模式需要針對復雜的建筑造型而相應改變――這不僅包含設計院內部條件圖的提交和修改等，還包含設計院與施工單位及材料供應單位應建立一種新型的關系。在以往平面為主的協作模式中，軸線的產生是由于以往墻體大多是垂直的。在墻體都不是垂直的情況下，就需要探索更加適合的表達方式。我們認為：三維形體的建筑項目需要有三維的繪制方式，以三維電子模型的方式提交條件圖應該成為一種選擇一在三維中進行多工種的配合可以更加直觀，并能夠避免諸多誤解與矛盾的產生。但是，這個轉換受到軟件開發與推廣、工作配合習慣等多方面的限制，是一項十分復雜的升級工作。

對于建筑規范的制定和編制單位來說，急需要根據當今復雜異形建筑方案的產生來制定相應的可行的制圖規范。在面臨世博會俄聯邦國家館的定位問題時，我們曾經力圖從制圖規范中尋找解決方法，但是現行的建筑制圖規范依然是相對二維平面圖來說的，較少涉及三維的建筑繪畫方式。隨著建筑形體的日益復雜，空間形體的圖紙繪制顛覆了原有的三視圖的表達，需要編制新的規范或對原有標準進行補充。

第2篇

【關鍵詞】建筑結構設計；不規則設計；分析

引言

近些年來，我國建筑領域不規則建筑發展十分迅速，相對于傳統結構建筑來說，不規則建筑設計相對復雜，難度也較大，但是在遵循設計原則，保障設計合理性與科學性的前提下，其結構的堅固性與穩定性是可以保障的。

一、不規則建筑結構設計的相關問題概述

1.不規則建筑結構的基本特征

1.1首先是平面不規則結構，第一是不規則：平面狹長、凹進太多、凸出太細，第二就是局部不連續設計，這種設計的特點是樓板凹進后，導致有效樓板的寬度小于本層面樓板的典型寬度的一半。

1.2然后是豎向不規則結構的設計，這種結構的設計特點是樓層側向剛度與其相鄰的上面樓層相比，低于70%，如果是高層結構，那么上部份樓層的收進部分延伸到外面地面的高度從水平方面測量就必須要比相鄰下面一層的高度高于25%。

1.3其次是建筑結構整個平面作為原始的平面結構，設計的時候只是在原有平面的基礎上進行搭建或者拼接的設計，這樣的設計通常來說就是針對原有的設計進行一部分的調整，從而達到不規則結構的目的。

1.4最后是與原有建筑結構相比，高于其結構標準的設計，通常業內將這類建筑統稱為超規范結構，總結來說這種建筑結構具有高于原有建筑結構設計，高度在一定范圍內，設計以及技術難度大，材料相應變化；在其他限制數值方面也超出；結構從新設計，采用新型的材料以及技術等特點。

2.不規則建筑結構設計計算

針對不規則建筑結構的設計來說，計算是非常繁瑣，計算必須要保障精準，嚴格按照相關規定進行，在確保外觀的前提下進行優化設計，具體來說就要保障結構平面的規則性，不規則是相對而言的，它是可以有多個規則平面組合而成的，這樣能夠保障受力的均勻性。其次，是采用合理的計算方法，建筑結構設計中，抗震計算是一個重要的部分，那么對于地震發生后建筑結構的抗震能力預測和計算，我國現有的計算標準和公式有很多種，因為不規則建筑結構抗震能力預算具有非常突出的不可預測性，我國現階段并沒有在一種明確的計算方式對其進行計算，比較常見的就是底部剪力法；振型分解反映譜法以及彈性時程分析法。最后，就是針對抗震措施的強化方面，地震作為建筑結構所面臨的最大威脅，對于不規則結構的建筑來說，這種威脅更加明顯，那么強化抗震措施的設計就顯得更加重要，為了能夠確保不規則建筑結構的安全和穩定，要針對各個區域的受力值差異進行深入研究，不管是檢測還是計算難度都很大，雖然現階段我國能夠借助計算機等設備進行很多計算，但是也不能確保計算完全不存在誤差，因此，抗震措施的強化就顯得更加重要，也是不規則建筑設計中一個重點、難點。

3.不規則建筑結構的電算參數設置

3.1扭轉耦聯。從理論分析和工程實例計算得知，非耦聯計算通常用于平面結構。因此，空間分析軟件SATWE取消了是否選擇扭轉耦聯的選項，在結構計算中總考慮扭轉耦聯的影響，顯然這對扭轉不規則結構的計算分析是十分有利的。

3.2振型數量。《高規》規定，抗震計算時，宜考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應，振型數不應小于15，且計算振型數應使振型參與質量不小于總質量的90%。為了保證抗震計算結果準確，必須選取足夠多的振型數量，使有效質量系數大于0.9。

3.3雙向地震。從我國在建筑物抗震數值以及設計理念方面來看，依據相關條文和規定，如果采用不規則結構，那么在日后的抗震能力上，必須采用雙向抗震措施，施工中要進行全面的監督和管理，嚴格依據相關規定設計進行。

3.4設置彈性樓板。彈性樓板，簡單的說就是樓板具有一定的彈性，當然這個彈性的數值具有明確的范圍，彈性數值過大，則建筑的整體結構不穩定，彈性數值過小，則會影響建筑結構的抗震能力，因此，在進行施工建設初期，應該對樓板的質量和樓板的各項屬性都進行嚴格的審查，合格后的樓板才能運進施工現場。

二、建筑結構設計中不規則設計實際應用

1.工程概述

某國際中心辦公樓項目，為一棟地下四層，地上38層以辦公為主的綜合性超高層建筑，建筑物高度為179.5米，大屋面上有約21米高的鋼結構。地上部分主樓和該工程其它樓棟之間由防震縫完全隔開，地下室連為一體，通過設置施工后澆帶來解決主樓與相鄰地下室荷載差異引起的沉降差。

2.超限類型和程度

高度超限：主樓大樓結構高度179.5米，超過7度設防框架一核心筒A級高度限值130米；扭轉及平面規則性：v向18層偏心率0.1879>0.16，扭轉位移kt>1.3；豎向規則性：3O層、36層搭接柱轉換。

3.抗震不規則的結構處理

高度超限：本工程高度較大，采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充汁算。進行風載、多遇地震下結構整體抗傾覆驗算，同時考察主要墻、柱的拉壓力狀況，控制其破壞程度，并設置型鋼和加強配筋提高延性；扭轉不規則：部分樓層扭轉位移比大于1.2，但小于1.4。對此，后續設計盡可能優化剛度分布，加強邊框架對扭轉剛度的貢獻，改善扭轉不規則；考慮雙向地震作用下的扭轉影響。

4.整體結構分析

4.1計算假定及模型

對本結構計算分別采用SATWE和ETABS兩種軟件，均按照建筑實際尺寸建模至基頂。為驗證嵌固層上下側向剛度，地下室部分取塔樓以外2～3跨并入主體模型進行整體分析。計算樓層位移角及位移比時按剛性樓板，其它按彈性板。

4.2周期和振型

前3個振型計算結果見表1：本結構的扭轉與平動周期比滿足規范≤0.85要求。

4.3地震作用下層剪力及剪重比

見表2：底部3層剪重比略小于規范要求，但通過評定結構位移、整體穩定等指標認為整體剛度合理，故僅按照規范要求調整地震剪力。

4.4剛度比

高層建筑樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%。按照SATWE的“剪切剛度”和“層剪力與位移比”兩種算法的最不利結果，其層問剛度比均滿足該要求，無薄弱層。

4.5大震下動力彈塑性分析

采用EPDA進行計算分析，選擇頻譜特性較為理想的兩條雙向天然波和一條雙向人工波，計算步長為0.02秒，持時為5～10倍自振周期，輸人主方向最大加速度為220cm/s，次方向為187cm/s，計算結果如下表：

第3篇

[關鍵詞]建筑；結構；不規則性

中圖分類號：TU353 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）17-0106-01

引言

建筑工程中，由于各種原因的限制，在建造過程中，會因為不同的環境和地質條件，而導致建筑體不能完全成為規則的圖形，不對稱現象比較常見。以著名的央視大樓為例，它就是一個典型的不規則建造體，但卻完美體現了建筑師和設計者別具匠心的設計理念，堪稱建筑設計中的重要代表。建筑工程的中的不規則性主要表現以下幾個方面：建筑表面的凹凸不平、局部建筑的不連續性、整體建筑的不規則性和橫豎向的不連續。這就要求在具體施工過程中，務必準確地把握建筑結構的設計和不規則位置，充分論證其受力情況，只有這樣才能保證不會對建筑結構的建模、設計方案和建筑物本身的抗震性等多方面造成問題造成影響，從而提高整個建筑物的承受壓力、安全合理性以及經濟性。

1 建筑結構中不規則建筑的發展現狀

近年來，我國城市化進程的不斷提高，建筑設計理念也在不斷運用到城市建設中來，越來越多的建筑物一改單調、規則、對稱的建筑風格和建筑結構，追求著不斷創新和獨樹一幟的建筑設計風格，而非對稱性和不規則結構已經成為當前城市建筑物的主流和發展方向。隨著人們觀念的不斷轉變，許多大城市中以其獨特的建筑風格，贏得了人們的普遍關注。當然，在這些光鮮的建筑背后，卻是設計者和建造者們良苦用心的結果，他們經歷了非常多的嚴峻考驗。

2 建筑結構中的不規則類型

建筑結構類型一般可以分為兩個大類：豎向不規則結構和平面不規則類型。豎向不規則類型的建筑結構主要包含：側向剛度不規則、樓層承載力的突變和豎向抗側力構件不連續性等；平面不規則結構類型主要包含：扭轉的不規則、平面凹凸的不規則和各別樓板不連續等。下面主要介紹者兩種常見的不規則結構的具體介紹。

2.1 豎向不規則的結構類型判斷

第一，側向剛度的不規則。判斷此種類型的不規則結構的標準是確定樓層之間的側向剛度值小于相鄰上一樓層的側向剛度值的百分之七十，或者小于該樓層連著向上三個樓層平均側向剛度值的百分之百十，當然頂層不能按此方法計算。同時，樓層個別地方水平收縮的長度應當大于與之相鄰的下一層的百分之二十五。第二，豎向抗側力構件的不連續情況的判斷標準是考察數值方向的抗側力構件是否通過水平力的轉換而不斷地向下傳遞力；第三，樓層間的承載力突變判斷標準是樓層間的受剪程度小于與之相鄰的上一樓層的百分之八十；第四，樓層間質量的突變判斷標準是樓層質量要大于與其相鄰的下一層總質量的1.5倍。

2.2 平面不規則的結構類型判斷

第一，扭轉結構的不規則判斷依據為：每一個樓層的自身最大限度的彈性水平位移尺寸必須大于緊鄰跟樓層兩個端點的彈性水平位移值的1.2倍，也或者是考察最大的層間位移值是兩端層間位移平均值的1.2倍；第二，凹凸結構的不規則判斷方法是判斷該建筑結構的凹進去一側的尺寸是否大于其投影上總尺度的百分之三十；第三，樓板局部結構的不連續的判斷標準是考察樓板的尺寸和平面剛度發生急劇變化的程度。

3 不規則結構的建筑應當采取的主要措施

在實際建筑施工過程中，相關的技術人員對于不規則結構進行了大量的實驗和研究，通過這些研究表明：那些不耐抗震的建筑物，其結構往往是那些結構不太規則的建筑體和那些建筑物質量與剛度偏離以及那些抗扭轉剛度太弱的結構要素。在進一步研究中，技術人員發現，扭轉結構和扭轉效應對建筑物的破壞是最大的。因此在實際設計和施工過程中，必須加強對扭轉效應的限制，通常的使用方法有以下幾個方面。首先，要盡可能限制建筑結構的平面上的不規則設計，只有這樣設計才能夠在一定范圍內限制產生過大的偏心力，從而導致建筑整體產生比較大的扭轉效應及力度；其次，為了提高建筑結構的扭轉剛度，可以在一定范圍內防止其太弱，造成結構之間的錯位。建筑結構的扭轉效應由扭轉為主的第一自振周期和平動為主的第一自振周期的比值進行大致評估。當這兩種效應的扭轉周期趨于接近時，鑒于振動耦連的作用，建筑體的扭轉效應會相應的增大。因此必須注重減少扭轉效應的值，具體采取的措施主要有以下幾個方面。

（1）盡量減少建筑體的偏心距。有大量的實踐證明，建筑體結構的扭轉效應往往與其相對偏心距在某種程度上具有一定線性關系。倘若要進一步改變建筑結構的扭轉效應，必須縮小樓層之間的位移比，因此可以通過將建筑物的平面位置進行適當調整，便可以使整個建筑結構的質心和剛心更加接近。實踐過程中，通常可以采用兩種方式減少建筑結構的偏心距。

（2）調整建筑結構平面的不規則性布置應該是在初步計算分析后才進行，通過初步計算的結果找到建筑結構的質心、剛心，同時需要做的便是通過相關數據以及實踐經驗比較準確的判斷建筑結構的剛度分布，最后在適當的增減距質心較遠的抗側力構件。

（3）調整建筑結構抗側剛度和抗扭剛度比。由相關研究表明：建筑結構的扭轉效應與結構周期比的平方的關系基本上是線性的關系，所以在設計建筑物時，可以考慮適當的減小建筑結構的周期。在做剪力墻時，則需要在合理的范圍內盡量的加長或者增厚周邊剪力墻，特別需要重視的是那些距離剛心最遠處的剪力墻。

（4）提高周邊抗扭構件抗剪力。要保證建筑結構在強烈震動下依然安全，那么只靠調整結構布置是不夠的。相關技術人員通過實驗得到了如下的結論，即：當建筑結構處于非彈性時期時，對稱的建筑結構受到雙向水平地震作用便會隨形態變化的而偏心。

（5）較小地震帶來的破壞，設置防震縫。在實際工程中經常會遇到平面形狀比較復雜的建筑結構，由于受到條件的限制導致不能把平面結構布置成規則的結構，此時便可以通過設置一定的防震縫將結構分成比較簡單的結構單元。在工程中適當的設置防震縫是十分有必要的。

結語

實際工程中，建筑結構不規則性的判斷在一定程度上直接影響建筑結構的建模、建筑結構的一系列布置、薄弱樓層等，而間接的影響整體建筑結構的布置是否經濟、合理、安全。結構設計師在設計不規則的建筑物時，需要盡量的減小或者避免建筑結構比較容易出現薄弱的部位，同時做到強化那些薄弱部位。現如今對于不規則高層建筑結構的分析還有很多問題需要解決。

參考文獻

[1]GB50011-2010.建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.