建筑设计规则范文
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第1篇
关键词：2010上海世博会；俄联邦国家馆；非规则
几何体建筑；制图定位
夜上海论坛 中图分类号：TU242.5
文献标识码：B
夜上海论坛 文章编号：1008-0422(2010)11-0072-04
1背景简介
夜上海论坛 世博会一直是各类新奇建筑的表演舞台，在其历史上，一个又一个建筑奇迹不断涌现。在2010上海世博会上，各国场馆建筑方案更是无奇不有。这自然给方案的施工图设计与施工带来了极大的难度，特别是众多非规则几何体建筑场馆，几乎就无法利用现有的传统施工图绘制方式表达。需要各专业设计人员与施工人员不断创新与实践新的方法。
夜上海论坛 2010上海世博会俄联邦国家馆建筑(图2、3、4、5)分为两大部分――中心主体建筑与周边1 2个非规则几何体塔楼。中心主体建筑为长50m、宽50m、高20m的立方体型，外立面覆以鳞片状的可动金属表皮，设计师希望通过这些可动的鳞片状金属表皮来体现俄罗斯人民的个性与自由。在中心主体建筑周边相连着12个非规则几何体塔楼，塔楼由白、金、红三种颜色构成，底部为白色塔楼主体，上部的透空纹理、红色底色形成富有俄罗斯各民族元素的图案，顶部金色金属网架体系。整体外形设计类似古代斯拉夫人的小村落，象征着生命之花、太阳以及世界树(斯拉夫人枝叶繁茂的橡树)的根。在建筑内部的平面布局设计上，中心立方体为主要展览空间，共分为二层。十二个塔楼则赋予入口、小展厅、办公室、休息问、餐厅、礼品店、卫生间、设备间等功能。
本文的思索来源于在2010上海世博会俄联邦国家馆施工图设计咨询工作中面临的非规则几何体塔楼制图定位难题。同时，当前非规则几何体建筑设计夜上海论坛已经成为一种时尚潮流，因此对这类问题的探索就有十分重要的现实意义。
2制图定位轴线的传统作用及在非规则几何体建筑中的无奈
多年以来，建筑设计都是以图纸作为表现形式。制图，就是基于正投影的方法，在图纸上以二维的形式来表达三维的建筑特征(图6)。这些图纸是施工的依据，同时也形成了约定俗成的多工种配合方式，比如多专业对于定位轴线的依赖等。
定位轴线是确定主要结构或构件的位置及标志尺寸的基线，是定位、放线的重要依据。实际上，在设计单位生产实践中已经形成的工作模式和流程对于定位轴线的依赖要远远大于以上概念中对于定位轴线轻描淡写的定义(图7)。在设计图纸中，平、立、剖面的协调，详图的索引，多专业的配合流程都离不开定位轴线(图8)。此外，在施工过程中，定位轴线也起到重要作用，不管建筑形式多么复杂，都需要在基地中确定其准确位置(图9)。从基地的勘探、打桩、放线开始，定位轴线就已经起着重要的作用，而在随后的土建和设备安装工作中定位轴线更是扮演着不可或缺的角色。从对于建筑的重要性方面来说，定位轴线可以被认为是存在于建筑中的看不到的“筋脉”。
但是，随着非规则几何体建筑的出现，建筑师发现定位轴线很难在图纸绘制中起到其“筋脉”的作用。从以下实例可以看出，定位轴线的使用在非规则几何体建筑设计中面临难题，设计中的定位问题需要结合相应的三维方式才能解决。
夜上海论坛 3俄联邦国家馆塔楼定位
世博会俄联邦国家馆由中心的立方体和周边的十二个塔楼组成(图10)。十二个塔楼为非规则几何体。但是又分为两种结构类型：一种是护表皮为非规则几何体，而内部结构中柱子为上下垂直的形式，如：4号塔楼(图11)。这种形式看似复杂但是可以用传统的设计制图方式来解决；另一种类型是由内而外全部是非规则几何体结构，塔楼内柱子全部是倾斜的，每一层的平面形状都有变化，每一层的墙和柱都与轴线没有关系(图12)。本文讨论的主要是后一种类型塔楼的定位问题。
3.1定位轴线斜交与正交的选择
在平面为非规则几何形的建筑施工图绘制中，定位方式常常采用倾斜相交的纵横轴网，即1轴和A轴不是呈90度相交的形式，在本文中我们称其为斜交轴网(图13)。
接到设计任务并初步研究后，首先想到俄联邦国家馆这种非规则几何体建筑定位可能适合采用斜交轴网的形式定位。在进一步的定位设计中，我们发现用这种方法确定的定位轴线难以起到定位和多工种参照的作用，如：确定0标高墙面为参照来确定斜交轴网，但是标注中会发现只有0标高的墙面与轴线存在关系，其他标高墙面与轴线均无关，这样确定的轴线明显失去了轴线的定位意义(图14)。
因而，轴网在任何其他标高的平面图中只能用来作为标注关键点的相对位置。那么斜交轴网的优势变得并不明显了，正交轴网似乎是这种情况下的更好选择，同时正交轴网还存在着：放线准确，与关键点的相对位置容易标定的优点(图15)。
3.2非规则几何体建筑表达的几种尝试方式
夜上海论坛 另外，世博会俄联邦国家馆的建筑不仅平面为非规则几何形式，其立面和空间也是非规则几何体形式，二维的轴网难以完成空间定位的任务，需要具有一种三维的空间定位网络，以弥补二维轴网在非规则几何体定位中的不足。
首先考虑的是由X、Y轴继续向Z轴方向发展而确立一种三维的轴网。按照我们制图标准确定的×轴线方向为圆圈中的阿拉伯数字1、2、3……，Y轴方向为圆圈中的英文字母A、B、C……，那么能否采用一种沿Z轴方向的圆圈中的罗马字符I、II、III……或中文中的甲、乙、丙……来表达空间的位置(图16)。但是，从理论上可行的设想一旦落实便出现了诸多困难，主要是我们希望引入的三维概念通过二维图纸难以清晰表达，常用的正等轴测的方式在这里也存在着制图和识图的不便，因此仅适合作为示意表达而并不适合作为一种系统的空间制图表达方式。
在表达三维地形的图纸绘制中常用等高线的表达方法，这种方法近期也常用于形状复杂的建筑设计表达(图17)。但是在本项目中，由于建筑形体较为独特，不仅有凸出的部分还有凹进的部分，而且有的部分下小上大，使得等高线方式的表达会显得更加复杂，不适合此项目的设计(图18)。
经过以上多种方式的尝试和对比，发现在非规则几何体建筑的表达上，采用标注关键点三维坐标的数字形式是一种可以采用的方式，因为这种方式比任何其他形式更直观清晰。
3.3定位轴线与关键点坐标同时保留
设计中确定了建筑形体用三维坐标来表达，但是定位轴线不可能被完全取代，因为施工图设计中多工种协作以及施工中的定位均离不开定位轴线的作用，于是设计中同时保留了两套定位系统：正交轴网系统和三维坐标系统。其中三维坐标的原点设置是以轴网的1轴和A轴
交点在O平面的投影点作为起点o(O，0，0)点。以此确定两套系统的相对关系(图19)。
4三维定位表达的特点及启示
随着计算机应用越来越广泛，计算机辅助设计及计算机辅助加工制造的日趋成熟，建筑师有条件进行十分复杂的建筑形体的设计，进而推动具有表现力的异形设计作品成为时尚。然而，这却给施工及多工种配合方面带来了新的课题。本文以世博会俄联邦国家馆的工程为案例，从非规则几何体建筑空间定位的角度，提出诸多对于复杂异形建筑设计方面的思索。
对于方案创作者来说，作为一个成熟的建筑师必须明白：除了模仿前卫的造型及形式之上的哲学理念之外，还必须研究建构的方式与材料的运用。建筑并不完全等同于雕塑，那种把弯折扭曲的建筑形式作为自己的创作个性本无可厚非，但是如果缺乏对于材料、造价、工期及建构方式的考虑，这样的建筑就是违反建构客观规律的。
夜上海论坛 对于设计及施工单位多工种之间的协作工作者来说，以往已经形成的配合模式需要针对复杂的建筑造型而相应改变――这不仅包含设计院内部条件图的提交和修改等，还包含设计院与施工单位及材料供应单位应建立一种新型的关系。在以往平面为主的协作模式中，轴线的产生是由于以往墙体大多是垂直的。在墙体都不是垂直的情况下，就需要探索更加适合的表达方式。我们认为：三维形体的建筑项目需要有三维的绘制方式，以三维电子模型的方式提交条件图应该成为一种选择一在三维中进行多工种的配合可以更加直观，并能够避免诸多误解与矛盾的产生。但是，这个转换受到软件开发与推广、工作配合习惯等多方面的限制，是一项十分复杂的升级工作。
对于建筑规范的制定和编制单位来说，急需要根据当今复杂异形建筑方案的产生来制定相应的可行的制图规范。在面临世博会俄联邦国家馆的定位问题时，我们曾经力图从制图规范中寻找解决方法，但是现行的建筑制图规范依然是相对二维平面图来说的，较少涉及三维的建筑绘画方式。随着建筑形体的日益复杂，空间形体的图纸绘制颠覆了原有的三视图的表达，需要编制新的规范或对原有标准进行补充。
第2篇
夜上海论坛 【关键词】建筑结构设计；不规则设计；分析
引言
夜上海论坛 近些年来，我国建筑领域不规则建筑发展十分迅速，相对于传统结构建筑来说，不规则建筑设计相对复杂，难度也较大，但是在遵循设计原则，保障设计合理性与科学性的前提下，其结构的坚固性与稳定性是可以保障的。
一、不规则建筑结构设计的相关问题概述
1.不规则建筑结构的基本特征
夜上海论坛 1.1首先是平面不规则结构，第一是不规则：平面狭长、凹进太多、凸出太细，第二就是局部不连续设计，这种设计的特点是楼板凹进后，导致有效楼板的宽度小于本层面楼板的典型宽度的一半。
1.2然后是竖向不规则结构的设计，这种结构的设计特点是楼层侧向刚度与其相邻的上面楼层相比，低于70%，如果是高层结构，那么上部份楼层的收进部分延伸到外面地面的高度从水平方面测量就必须要比相邻下面一层的高度高于25%。
1.3其次是建筑结构整个平面作为原始的平面结构，设计的时候只是在原有平面的基础上进行搭建或者拼接的设计，这样的设计通常来说就是针对原有的设计进行一部分的调整，从而达到不规则结构的目的。
夜上海论坛 1.4最后是与原有建筑结构相比，高于其结构标准的设计，通常业内将这类建筑统称为超规范结构，总结来说这种建筑结构具有高于原有建筑结构设计，高度在一定范围内，设计以及技术难度大，材料相应变化；在其他限制数值方面也超出；结构从新设计，采用新型的材料以及技术等特点。
夜上海论坛 2.不规则建筑结构设计计算
针对不规则建筑结构的设计来说，计算是非常繁琐，计算必须要保障精准，严格按照相关规定进行，在确保外观的前提下进行优化设计，具体来说就要保障结构平面的规则性，不规则是相对而言的，它是可以有多个规则平面组合而成的，这样能够保障受力的均匀性。其次，是采用合理的计算方法，建筑结构设计中，抗震计算是一个重要的部分，那么对于地震发生后建筑结构的抗震能力预测和计算，我国现有的计算标准和公式有很多种，因为不规则建筑结构抗震能力预算具有非常突出的不可预测性，我国现阶段并没有在一种明确的计算方式对其进行计算，比较常见的就是底部剪力法；振型分解反映谱法以及弹性时程分析法。最后，就是针对抗震措施的强化方面，地震作为建筑结构所面临的最大威胁，对于不规则结构的建筑来说，这种威胁更加明显，那么强化抗震措施的设计就显得更加重要，为了能够确保不规则建筑结构的安全和稳定，要针对各个区域的受力值差异进行深入研究，不管是检测还是计算难度都很大，虽然现阶段我国能够借助计算机等设备进行很多计算，但是也不能确保计算完全不存在误差，因此，抗震措施的强化就显得更加重要，也是不规则建筑设计中一个重点、难点。
夜上海论坛 3.不规则建筑结构的电算参数设置
夜上海论坛 3.1扭转耦联。从理论分析和工程实例计算得知，非耦联计算通常用于平面结构。因此，空间分析软件SATWE取消了是否选择扭转耦联的选项，在结构计算中总考虑扭转耦联的影响，显然这对扭转不规则结构的计算分析是十分有利的。
3.2振型数量。《高规》规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。为了保证抗震计算结果准确，必须选取足够多的振型数量，使有效质量系数大于0.9。
3.3双向地震。从我国在建筑物抗震数值以及设计理念方面来看，依据相关条文和规定，如果采用不规则结构，那么在日后的抗震能力上，必须采用双向抗震措施，施工中要进行全面的监督和管理，严格依据相关规定设计进行。
夜上海论坛 3.4设置弹性楼板。弹性楼板，简单的说就是楼板具有一定的弹性，当然这个弹性的数值具有明确的范围，弹性数值过大，则建筑的整体结构不稳定，弹性数值过小，则会影响建筑结构的抗震能力，因此，在进行施工建设初期，应该对楼板的质量和楼板的各项属性都进行严格的审查，合格后的楼板才能运进施工现场。
二、建筑结构设计中不规则设计实际应用
1.工程概述
夜上海论坛 某国际中心办公楼项目，为一栋地下四层，地上38层以办公为主的综合性超高层建筑，建筑物高度为179.5米，大屋面上有约21米高的钢结构。地上部分主楼和该工程其它楼栋之间由防震缝完全隔开，地下室连为一体，通过设置施工后浇带来解决主楼与相邻地下室荷载差异引起的沉降差。
2.超限类型和程度
夜上海论坛 高度超限：主楼大楼结构高度179.5米，超过7度设防框架一核心筒A级高度限值130米；扭转及平面规则性：v向18层偏心率0.1879>0.16，扭转位移kt>1.3；竖向规则性：3O层、36层搭接柱转换。
夜上海论坛 3.抗震不规则的结构处理
高度超限：本工程高度较大，采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充汁算。进行风载、多遇地震下结构整体抗倾覆验算，同时考察主要墙、柱的拉压力状况，控制其破坏程度，并设置型钢和加强配筋提高延性；扭转不规则：部分楼层扭转位移比大于1.2，但小于1.4。对此，后续设计尽可能优化刚度分布，加强边框架对扭转刚度的贡献，改善扭转不规则；考虑双向地震作用下的扭转影响。
4.整体结构分析
夜上海论坛 4.1计算假定及模型
对本结构计算分别采用SATWE和ETABS两种软件，均按照建筑实际尺寸建模至基顶。为验证嵌固层上下侧向刚度，地下室部分取塔楼以外2～3跨并入主体模型进行整体分析。计算楼层位移角及位移比时按刚性楼板，其它按弹性板。
4.2周期和振型
前3个振型计算结果见表1：本结构的扭转与平动周期比满足规范≤0.85要求。
4.3地震作用下层剪力及剪重比
夜上海论坛 见表2：底部3层剪重比略小于规范要求，但通过评定结构位移、整体稳定等指标认为整体刚度合理，故仅按照规范要求调整地震剪力。
4.4刚度比
高层建筑楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。按照SATWE的“剪切刚度”和“层剪力与位移比”两种算法的最不利结果，其层问刚度比均满足该要求，无薄弱层。
夜上海论坛 4.5大震下动力弹塑性分析
采用EPDA进行计算分析，选择频谱特性较为理想的两条双向天然波和一条双向人工波，计算步长为0.02秒，持时为5～10倍自振周期，输人主方向最大加速度为220cm/s，次方向为187cm/s，计算结果如下表：
第3篇
[关键词]建筑；结构；不规则性
中图分类号：TU353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0106-01
引言
建筑工程中，由于各种原因的限制，在建造过程中，会因为不同的环境和地质条件，而导致建筑体不能完全成为规则的图形，不对称现象比较常见。以著名的央视大楼为例，它就是一个典型的不规则建造体，但却完美体现了建筑师和设计者别具匠心的设计理念，堪称建筑设计中的重要代表。建筑工程的中的不规则性主要表现以下几个方面：建筑表面的凹凸不平、局部建筑的不连续性、整体建筑的不规则性和横竖向的不连续。这就要求在具体施工过程中，务必准确地把握建筑结构的设计和不规则位置，充分论证其受力情况，只有这样才能保证不会对建筑结构的建模、设计方案和建筑物本身的抗震性等多方面造成问题造成影响，从而提高整个建筑物的承受压力、安全合理性以及经济性。
1 建筑结构中不规则建筑的发展现状
近年来，我国城市化进程的不断提高，建筑设计理念也在不断运用到城市建设中来，越来越多的建筑物一改单调、规则、对称的建筑风格和建筑结构，追求着不断创新和独树一帜的建筑设计风格，而非对称性和不规则结构已经成为当前城市建筑物的主流和发展方向。随着人们观念的不断转变，许多大城市中以其独特的建筑风格，赢得了人们的普遍关注。当然，在这些光鲜的建筑背后，却是设计者和建造者们良苦用心的结果，他们经历了非常多的严峻考验。
2 建筑结构中的不规则类型
建筑结构类型一般可以分为两个大类：竖向不规则结构和平面不规则类型。竖向不规则类型的建筑结构主要包含：侧向刚度不规则、楼层承载力的突变和竖向抗侧力构件不连续性等；平面不规则结构类型主要包含：扭转的不规则、平面凹凸的不规则和各别楼板不连续等。下面主要介绍者两种常见的不规则结构的具体介绍。
夜上海论坛 2.1 竖向不规则的结构类型判断
第一，侧向刚度的不规则。判断此种类型的不规则结构的标准是确定楼层之间的侧向刚度值小于相邻上一楼层的侧向刚度值的百分之七十，或者小于该楼层连着向上三个楼层平均侧向刚度值的百分之百十，当然顶层不能按此方法计算。同时，楼层个别地方水平收缩的长度应当大于与之相邻的下一层的百分之二十五。第二，竖向抗侧力构件的不连续情况的判断标准是考察数值方向的抗侧力构件是否通过水平力的转换而不断地向下传递力；第三，楼层间的承载力突变判断标准是楼层间的受剪程度小于与之相邻的上一楼层的百分之八十；第四，楼层间质量的突变判断标准是楼层质量要大于与其相邻的下一层总质量的1.5倍。
夜上海论坛 2.2 平面不规则的结构类型判断
第一，扭转结构的不规则判断依据为：每一个楼层的自身最大限度的弹性水平位移尺寸必须大于紧邻跟楼层两个端点的弹性水平位移值的1.2倍，也或者是考察最大的层间位移值是两端层间位移平均值的1.2倍；第二，凹凸结构的不规则判断方法是判断该建筑结构的凹进去一侧的尺寸是否大于其投影上总尺度的百分之三十；第三，楼板局部结构的不连续的判断标准是考察楼板的尺寸和平面刚度发生急剧变化的程度。
夜上海论坛 3 不规则结构的建筑应当采取的主要措施
在实际建筑施工过程中，相关的技术人员对于不规则结构进行了大量的实验和研究，通过这些研究表明：那些不耐抗震的建筑物，其结构往往是那些结构不太规则的建筑体和那些建筑物质量与刚度偏离以及那些抗扭转刚度太弱的结构要素。在进一步研究中，技术人员发现，扭转结构和扭转效应对建筑物的破坏是最大的。因此在实际设计和施工过程中，必须加强对扭转效应的限制，通常的使用方法有以下几个方面。首先，要尽可能限制建筑结构的平面上的不规则设计，只有这样设计才能够在一定范围内限制产生过大的偏心力，从而导致建筑整体产生比较大的扭转效应及力度；其次，为了提高建筑结构的扭转刚度，可以在一定范围内防止其太弱，造成结构之间的错位。建筑结构的扭转效应由扭转为主的第一自振周期和平动为主的第一自振周期的比值进行大致评估。当这两种效应的扭转周期趋于接近时，鉴于振动耦连的作用，建筑体的扭转效应会相应的增大。因此必须注重减少扭转效应的值，具体采取的措施主要有以下几个方面。
（1）尽量减少建筑体的偏心距。有大量的实践证明，建筑体结构的扭转效应往往与其相对偏心距在某种程度上具有一定线性关系。倘若要进一步改变建筑结构的扭转效应，必须缩小楼层之间的位移比，因此可以通过将建筑物的平面位置进行适当调整，便可以使整个建筑结构的质心和刚心更加接近。实践过程中，通常可以采用两种方式减少建筑结构的偏心距。
夜上海论坛 （2）调整建筑结构平面的不规则性布置应该是在初步计算分析后才进行，通过初步计算的结果找到建筑结构的质心、刚心，同时需要做的便是通过相关数据以及实践经验比较准确的判断建筑结构的刚度分布，最后在适当的增减距质心较远的抗侧力构件。
夜上海论坛 （3）调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比。由相关研究表明：建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方的关系基本上是线性的关系，所以在设计建筑物时，可以考虑适当的减小建筑结构的周期。在做剪力墙时，则需要在合理的范围内尽量的加长或者增厚周边剪力墙，特别需要重视的是那些距离刚心最远处的剪力墙。
（4）提高周边抗扭构件抗剪力。要保证建筑结构在强烈震动下依然安全，那么只靠调整结构布置是不够的。相关技术人员通过实验得到了如下的结论，即：当建筑结构处于非弹性时期时，对称的建筑结构受到双向水平地震作用便会随形态变化的而偏心。
夜上海论坛 （5）较小地震带来的破坏，设置防震缝。在实际工程中经常会遇到平面形状比较复杂的建筑结构，由于受到条件的限制导致不能把平面结构布置成规则的结构，此时便可以通过设置一定的防震缝将结构分成比较简单的结构单元。在工程中适当的设置防震缝是十分有必要的。
结语
实际工程中，建筑结构不规则性的判断在一定程度上直接影响建筑结构的建模、建筑结构的一系列布置、薄弱楼层等，而间接的影响整体建筑结构的布置是否经济、合理、安全。结构设计师在设计不规则的建筑物时，需要尽量的减小或者避免建筑结构比较容易出现薄弱的部位，同时做到强化那些薄弱部位。现如今对于不规则高层建筑结构的分析还有很多问题需要解决。
参考文献
夜上海论坛 [1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
