高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則性概述

文/單齊云、沈東磊、高代明 青島騰遠設(shè)計事務(wù)所有限公司 山東青島 266000

進入二十一世紀以后，我國的經(jīng)濟發(fā)展速度持續(xù)提升，人民的生活水平水漲船高，城市化進程不斷推進，建筑行業(yè)的發(fā)展迎來了新的機遇，在這種情況下如何提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效果成為了我們研究的重要課題之一。很多設(shè)計感極強的高層建筑紛紛出現(xiàn)，給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員帶來了全新的挑戰(zhàn)。

1、高層建筑不規(guī)則性的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)濟的發(fā)展是一切行業(yè)進步的根源，因此在中國社會主義特色市場經(jīng)濟高度發(fā)展的情況下，我國的高新科技產(chǎn)業(yè)及一些附屬產(chǎn)業(yè)也逐漸取得了全新的發(fā)展，特別是高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，正在迎來前所未有的機遇。設(shè)計工作者在進行設(shè)計的過程中必須要盡可能的調(diào)整設(shè)計思維，改變舊式的對稱設(shè)計規(guī)則，從多樣化角度入手改變設(shè)計風(fēng)格，盡可能的采取不對稱不規(guī)則的設(shè)計思路，從而有效的變更設(shè)計方案的最終成果，調(diào)整其視覺效果，保障高層建筑的整體美感。然而在這個過程中又會出現(xiàn)一個必然存在的問題，那就是不規(guī)則高層建筑的安全性和穩(wěn)定性如何得到保障，這是我們在未來的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中必然要考慮的問題。

2、提高不規(guī)則高層建筑性能的主要措施

2.1 相對偏心距設(shè)計

不規(guī)則高層建筑的穩(wěn)定性之所以無法得到保證，最主要的原因就是相對偏心距掌握不夠準確，在實際的設(shè)計工作中我們逐漸發(fā)現(xiàn)，相對偏心距越大，建筑整體承受的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力就會越大，可以說在某些自變量范圍內(nèi)二者呈現(xiàn)一種正比例關(guān)系。在高層建筑整體出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的情況下，建筑所能承受的其余應(yīng)力會縮減許多，這將會對高層建筑的承力性能造成極為嚴重的負面影響。因此，我們必須要采取一定的措施降低高層建筑的偏心距。具體來說，第一，我們需要認清高層建筑的設(shè)計用途和整體布局，從而把握高層建筑的重心位置，保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)化發(fā)展。第二，我們還應(yīng)該對之前的相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理并在建筑圖紙設(shè)計草案上標記出來，而后根據(jù)設(shè)計思路和設(shè)計過程的推進及時的更新設(shè)計數(shù)據(jù)，有效調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的偏心距。第三，我們還應(yīng)該有效的優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而確?，F(xiàn)有布局的合理性。在第二步驟中各種數(shù)據(jù)已經(jīng)被詳細的標注在了圖紙上，而剛度中心自然也在此列，因而可以根據(jù)事先標注好的數(shù)據(jù)調(diào)整建筑的設(shè)計數(shù)據(jù)，保證其合理性。

2.2 構(gòu)件抗剪強度設(shè)計

高層建筑的不規(guī)則設(shè)計中，我們必須要考慮到的就是如何保證其在地震等自然災(zāi)害的影響下仍然有一定的穩(wěn)定性，建筑必須要自身具有一定彈性形變的能力，這樣在地震中才能擁有良好的抗震性能，在震后迅速的恢復(fù)運行和使用。因此，在進行高層建筑不規(guī)則設(shè)計的時候，我們需要保證構(gòu)件的抗剪性能。一般來說，高層建筑中具有彈性形變性能的主要就是鋼筋結(jié)構(gòu)，其承擔(dān)了大部分形變產(chǎn)生的應(yīng)力。所以我們必須要提高鋼筋結(jié)構(gòu)的抗剪強度，從而確保建筑的穩(wěn)定性。就目前來看，根據(jù)建筑設(shè)計的一些標準，業(yè)內(nèi)人士已經(jīng)找到了一些行之有效的設(shè)計技術(shù)。比如說建筑鋼架結(jié)構(gòu)強度設(shè)計方面，已經(jīng)開發(fā)和研究出了碗扣結(jié)構(gòu)，應(yīng)用這種設(shè)計結(jié)構(gòu)以后鋼筋和其余鋼部件的抗剪能力將會得到有效的提升，在地震等自然災(zāi)害發(fā)生的情況下能夠承受更大的形變拉力，另外碗扣結(jié)構(gòu)還能夠有效的縮減鋼架構(gòu)發(fā)生脫扣和離散的問題，確保鋼結(jié)構(gòu)能夠為不規(guī)則高層建筑提供足夠的支撐力。除此之外，對于不規(guī)則建筑中的一系列子系統(tǒng)而言，也可以充分的應(yīng)用這種碗扣結(jié)構(gòu)，從而最大程度上保障建筑的整體強度。

2.3 抗側(cè)剛度和抗扭剛度比值確定

在現(xiàn)有的研究進展中我們可以看出，建筑的抗側(cè)強度和周期之間有著不可分割的密切關(guān)系，也就是說抗側(cè)強度和建筑的周期平方是反比例關(guān)系，換而言之，想要提升高層建筑的抗側(cè)強度就必須要盡可能的縮減高層建筑的周期。為了達到這一目標，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中我們可以著力的提升墻體的厚度，并且增加剪力墻的長度，這樣一來抗側(cè)剛度將會得到有效的提升，另外在剪力墻設(shè)計的過程中，我們必須要盡可能的保證設(shè)計的合理性。特別需要提到的是，在設(shè)計過程中，為了確保不規(guī)則建筑的合理性和科學(xué)性，我們必須要保證不同數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)和準確。同時，為了盡可能的增強建筑的強度，我們還可以通過設(shè)計拉梁這種方法來實現(xiàn)設(shè)計目標，一般情況下拉梁會設(shè)計在建筑的結(jié)構(gòu)邊緣上，從源頭上提升不規(guī)則高層建筑的抗扭能力，還能夠有效的降低建筑的抗扭周期，從而提升建筑的抗震能力，在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中我們應(yīng)該嚴格遵守有關(guān)的設(shè)計標準對拉梁的長度和位置進行確定，從而讓拉梁真正產(chǎn)生效果。

2.4 科學(xué)增加高層建筑防震縫

想要確保高層建筑不規(guī)則設(shè)計的穩(wěn)定性，我們還應(yīng)該從增加防震縫的角度入手。在具體的建筑設(shè)計中，我們常常會遇到一些平面情況十分復(fù)雜的高層建筑，這種建筑往往不具備太突出的穩(wěn)定性，一旦發(fā)生嚴重的外力扭曲其將會受到嚴重的影響，為了解決這種問題，設(shè)置防震縫勢在必行。防震縫存在的意義就在于能夠把一整個高層建筑分成幾個小的抗震單元，從而提升工程的抗震性能。舉個例子來說，在設(shè)計的時候可以充分利用抗震縫把高層建筑分成規(guī)則的幾個獨立空間，這樣一來即使發(fā)生嚴重的外力扭轉(zhuǎn)，高層建筑的整體穩(wěn)定性也能得到保障。除此之外還可以對抗震性能更差的一側(cè)進行著重的分析，對抗震縫的寬度加以調(diào)整，將其作為沉降縫使用。

結(jié)語：

總而言之，在建筑事業(yè)不斷取得進步的前提下，高層建筑的不規(guī)則設(shè)計正在成為越來越多的設(shè)計人員選擇和認可的設(shè)計思路，我們必須要采取多種多樣的措施來保證其穩(wěn)定性。