探討不規(guī)則性高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究與應用

陳薇薇

摘要：隨著社會的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)也成為我國社會經(jīng)濟發(fā)展過程中重要的組成部分，而建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑工程施工的基礎(chǔ)，在整個建筑工程中有著十分重要的意義。但是，設(shè)計人員在對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，有時會遇到一些不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，這就加大了建筑設(shè)計工作的難度。本文首先對不規(guī)則建筑在我國建筑行業(yè)中的發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹，其次闡述了不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的類別，最后討論了不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；不規(guī)則；設(shè)計對策

在社會經(jīng)濟不斷的發(fā)展過程中，人們對建筑結(jié)構(gòu)的要求也逐漸的提高，因此人們在對建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，不僅要對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和耐久性進行要求，還要考慮建筑結(jié)構(gòu)的個性化特點，這就加大了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度。而在建筑工程施工的過程中，由于受到各方面因素的影響，給建筑結(jié)構(gòu)的對稱性帶來了嚴重的影響，因此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作只能怪，就出現(xiàn)了許多不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)。為此，我們在工程設(shè)計的過程中，就要從建筑結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，對不規(guī)則的區(qū)域進行準確的判斷，采用切實可行施工方法，對建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的區(qū)域進行適當?shù)母倪M，這不僅有效的提高了建筑結(jié)構(gòu)的安全性，還保障了工程施工的經(jīng)濟效益。下面我們就對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計對策進行介紹。

一、不規(guī)則建筑在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

自改革開放以來，我國的建筑行業(yè)得到了空前的發(fā)展，科學技術(shù)水平也在不斷的提高，而且伴隨著社會進程的加快，人們對建筑結(jié)構(gòu)的要求也不再只局限于對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和耐久性的要求，還對建筑結(jié)構(gòu)的外形美感和個性化設(shè)計有著一些新的認識。因此設(shè)計人員為了滿足人們的要求，就打破了傳統(tǒng)建筑設(shè)計理念的束縛，將建筑結(jié)構(gòu)的個性化特點淋漓盡致的表現(xiàn)在人們的社會建筑當中，從而形成了一套新穎別致的建筑設(shè)計理念。而且這些新型的建筑結(jié)構(gòu)大多數(shù)都沒有按照建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性和對稱性的要求，屬于不規(guī)則性的高層建筑結(jié)構(gòu)。不過，這些不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，其設(shè)計理念也發(fā)展了較大的轉(zhuǎn)變，企業(yè)建筑結(jié)構(gòu)形式也越來越多的復雜，這雖然對我國建筑行業(yè)的發(fā)展方向有著一定的指示作用，但是大幅度的增加了建筑工程的設(shè)計的難度。

二、不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)分型

目前在就建筑行業(yè)發(fā)展過程中，出現(xiàn)的不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的形式主要分成兩種，一種是平面結(jié)構(gòu)不規(guī)則的建筑，其中主要包括了建筑結(jié)構(gòu)的樓板連續(xù)性的缺乏、建筑平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則扭轉(zhuǎn)等方面；另一種則是豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)則的建筑，它主要有不規(guī)則豎向結(jié)構(gòu)的剛度，建筑結(jié)構(gòu)的承載能力發(fā)生變化等。下面我們就對著兩種不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容進行介紹。

（一）平面不規(guī)則

高層建筑平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性主要表現(xiàn)在平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)、不規(guī)則凹凸以及建筑樓板結(jié)構(gòu)的連續(xù)性缺乏等方面上。下面我們就對著結(jié)構(gòu)方面進行簡要的介紹：（1）平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)主要是根據(jù)每層樓房結(jié)構(gòu)的兩端存在的彈性水平位移量進行判斷，如果樓層結(jié)構(gòu)的水平位移量超過平均值的1.2倍，那么建筑樓層結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn)；（2）不規(guī)則的凹凸則是體現(xiàn)利用建筑結(jié)構(gòu)的投影尺寸上，而且其平面結(jié)構(gòu)凹進的面積超過30%。（3）樓板結(jié)構(gòu)連續(xù)性的缺乏主要是因為建筑結(jié)構(gòu)的平面和樓板面積發(fā)現(xiàn)劇烈的變化而造成的。

（二）豎向不規(guī)則

（1）不規(guī)則的傾向剛度：其判斷依據(jù)為與鄰近上一樓層相比，本樓層側(cè)向剛度數(shù)值低于其70%；或不高于本樓層上方三個相鄰樓層平均側(cè)向剛度數(shù)值的80%。在排除頂層尺寸的情況下與相鄰下層水平方向尺寸相比，本樓層收進的局部部分應不低于其25%。（2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件缺乏連續(xù)性：其判斷依據(jù)為在豎直方向上，其抗側(cè)力構(gòu)件所受內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件加以轉(zhuǎn)換繼而向下方傳遞。（3）樓層承載力發(fā)生突變：其判斷依據(jù)是與上一層結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力部分受剪程度相比，本樓層受剪程度不超過其80%。（4）樓層間發(fā)生質(zhì)量突變：其判斷依據(jù)為與下一相鄰樓層相比，本樓層質(zhì)量不低于其質(zhì)量的1.5倍。

三、不規(guī)則建筑設(shè)計的應對策略

由一系列相關(guān)技術(shù)研究證實：建筑物若存在較大不規(guī)則性，過大的質(zhì)量偏心或太弱的扭轉(zhuǎn)剛度在地質(zhì)災難中均屬于易出現(xiàn)破壞、坍塌事故的建筑物。在建筑物所受到的外力破壞因素中，扭轉(zhuǎn)效應屬于特別嚴重的一種，因而在工程實踐中應采取合理措施有效限制建筑物扭轉(zhuǎn)效應，其常用方法如下：（1）對于建筑結(jié)構(gòu)的布置，應盡量避免其平面呈不規(guī)則狀，或加以嚴格限制，使建筑結(jié)構(gòu)在一定程度上免于出現(xiàn)偏心過大現(xiàn)象，建筑物結(jié)構(gòu)在此前提下所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應則會更大。（2）針對建筑扭轉(zhuǎn)剛度，應在合理數(shù)值范圍內(nèi)促進其最大化，避免其太過薄弱。第一自振周期Tc以扭轉(zhuǎn)為主，第一自振周期T1則以平動為主，而建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應大致可依據(jù)Tc與T1兩者的比值來判定，當Tc與T1兩者數(shù)值相對較為接近時，在振動耦連狀效應的影響下，建筑物扭轉(zhuǎn)效應會產(chǎn)生較為明顯的增幅。以下是若干降低建筑物扭轉(zhuǎn)效應的方法。

（一）采取有效措施減小建筑物相對偏心距

在某種程度上，建筑物相對偏心距與建筑物所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應呈線性關(guān)系。若要使扭轉(zhuǎn)效應得到合理改善，對樓層位移比作更進一步的降低，則可利用對建筑物平面布置進行調(diào)整，促使建筑物剛心與質(zhì)心兩者更為接近。在工程實踐中降低建筑物偏心距的方法為：在對結(jié)構(gòu)平面作初步計算以及分析后方可對其不規(guī)則性布置進行調(diào)整，并充分利用計算結(jié)果精確判斷出建筑物的質(zhì)心以及剛心，同時還應在工程實踐經(jīng)驗與相關(guān)數(shù)據(jù)支持的前提下，對建筑物結(jié)構(gòu)整體剛度分布加以精確判斷，最終對那些與質(zhì)心之間具有較大距離的抗側(cè)力構(gòu)件加以適當增減。

（二）對建筑物抗扭剛度比以及抗側(cè)剛度進行調(diào)整

建筑物的結(jié)構(gòu)周期比平方值與其扭轉(zhuǎn)效應大致也呈線性關(guān)系。因而在建筑物設(shè)計過程中，可考慮對建筑結(jié)構(gòu)周期予以適當減小。在剪力墻施工過程中，應盡量于限定范圍內(nèi)對周邊剪力墻行增厚或加長處理，對于與剛心之間有著最遠距離的剪力墻尤其應予以重視。而對結(jié)構(gòu)抗扭剛度的強化通常采用將拉梁設(shè)置與建筑物邊上，同時對建筑物整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期加以縮小，此外還可利用提高周邊連梁剛度。

（三）增強抗扭構(gòu)件自身的抗剪力

要使建筑物在強烈地質(zhì)災害下仍然保證安全無虞，則不能僅僅依靠對其結(jié)構(gòu)布置進行調(diào)整。當建筑物結(jié)構(gòu)整體處于非彈性時狀態(tài)時，地震作用力則會對建筑結(jié)構(gòu)施以雙向水平受力，建筑結(jié)構(gòu)則會隨其形態(tài)變化而發(fā)生偏心?？古ば獮闃?gòu)件抗剪力的重要制約因素。若將建筑物抗震性能納入到考慮范圍內(nèi)，則應對構(gòu)件抗剪性能加以強化，從而能夠在強震影響下保證建筑物結(jié)構(gòu)整體仍能處于彈性狀態(tài)。

四、結(jié)語：

總而言之，隨著社會的不斷發(fā)展，人們?yōu)榱梭w現(xiàn)出高層建筑結(jié)構(gòu)的個性化特點，打破了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論，從而使得許多不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)在了人們的生活中，這也加大建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度。因此為了保障建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，滿足人們的要求，設(shè)計人員在對不規(guī)則建筑設(shè)計的過程中，就要對建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性進行研究，并且將先進的設(shè)計理念融入到其中，從而推動我國建筑行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1] 鐘國華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及某工程結(jié)構(gòu)選型探討[D]. 重慶大學 2006

[2] 慕朝輝.不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析[D]. 西南交通大學 2003