探討高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王宇

【摘要】城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)中越來(lái)越多的采用高層建筑，而在高層建筑中，不規(guī)則結(jié)構(gòu)明顯增加，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，需要在明確不規(guī)則結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采取合理可行的設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;不規(guī)則結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU973

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的不斷推進(jìn)，人們對(duì)于建筑的要求也在不斷攀升。這也是近年來(lái)我們會(huì)看到越來(lái)越多性能豐富、構(gòu)造特異的建筑體產(chǎn)生，且很多城市中不斷有摩天大樓參數(shù)的原因。這些高層建筑及不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足人們視覺(jué)需求的同時(shí)，也極大增高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，并且使得建筑體的抗震性及安全穩(wěn)定性更難得到有效保障。對(duì)于高層不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有很多值得注意的技術(shù)要點(diǎn)，采取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和理念也非常重要。有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠讓高層不規(guī)則建筑體良好實(shí)施，這也是讓這類建筑有更好的使用性能，并且充分保障建筑體安全穩(wěn)定性的方法。

1、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于高層建筑而言，其不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)受到了越來(lái)越多人的喜愛(ài)和支持，被廣泛運(yùn)用到高層建筑設(shè)計(jì)中，成為一種新型建筑美學(xué)的象征，因此，對(duì)于高層建筑不規(guī)則設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)還是有很多的，具體表現(xiàn)為：（1）對(duì)于高層建筑而言，它傳遞了一種新的設(shè)計(jì)美觀，打破了人們固有的常態(tài)思維，建筑設(shè)計(jì)不再是單調(diào)的講究對(duì)稱、協(xié)調(diào)等設(shè)計(jì)方式，而是開(kāi)始追求大膽突破、潮流新穎、自由個(gè)性化等，為傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)注入了新的元素，推動(dòng)了現(xiàn)在高層建筑藝術(shù)文化的個(gè)性化發(fā)展。（2）隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，不規(guī)則建筑物也帶動(dòng)了藝術(shù)文化的發(fā)展，對(duì)于高層建筑的不規(guī)則設(shè)計(jì)而言，已經(jīng)融入到了人們的生活中，成為了高層建筑設(shè)計(jì)的新型審美觀念，可以使城市的建筑更有特色，更具知名度和影響力，也推動(dòng)了城市的發(fā)展。同時(shí)個(gè)性化的不規(guī)則建筑設(shè)計(jì)，也代表了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的精神需求，體現(xiàn)了現(xiàn)代都市的個(gè)性潮流和趨勢(shì)。

2、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

當(dāng)條件允許時(shí)，采用受力明確且規(guī)則、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)方案，嚴(yán)重不規(guī)則方案盡可能不采用，這樣能對(duì)不規(guī)則性予以有效控制。如果結(jié)構(gòu)計(jì)算無(wú)法滿足規(guī)范，尤其是誤差較大的情況下，不可只對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，或?qū)Φ卣鸺袅τ枰苑糯螅且葘?duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，以此從本質(zhì)上提高不規(guī)則結(jié)構(gòu)自身抗震水平，其具體內(nèi)容包括：（1）對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，避免結(jié)構(gòu)平面布置產(chǎn)生不規(guī)則性，從而防止偏心距的產(chǎn)生。（2）對(duì)于平面上的凹凸結(jié)構(gòu)，可通過(guò)防震縫的布置來(lái)提供支撐，以此形成若干規(guī)則性良好的抗側(cè)力單元。（3）對(duì)于樓板不連續(xù)的情況，可通過(guò)拉板及拉梁等設(shè)置盡可能減少不連續(xù)。（4）當(dāng)結(jié)構(gòu)在樓層上的承載力與剛度發(fā)生突變時(shí)，需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，以盡可能減小不規(guī)則程度。

2.2正確選擇計(jì)算分析方式

在第一階段設(shè)計(jì)過(guò)程中，先假定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件為彈性工作，對(duì)于內(nèi)力與變形，可借助線性動(dòng)力、靜力來(lái)設(shè)計(jì)。目前比較常用的分析方式包括以下幾種：①底部剪力法，在規(guī)則多層結(jié)構(gòu)中較為適用;②振型分解反應(yīng)譜法，它將SATWE作為核心，在規(guī)則多層與高層結(jié)構(gòu)中較為適用;③彈性時(shí)程分析，在Ⅶ～Ⅸ度設(shè)防的A類高層結(jié)構(gòu)中適用，也可用于特殊的高層結(jié)構(gòu)。

2.3加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

抗震措施是對(duì)不同程度地震危害進(jìn)行的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)，也是廣大專家學(xué)者針對(duì)抗震設(shè)計(jì)給出的概括，是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算結(jié)果進(jìn)行的補(bǔ)充，特別是嚴(yán)重與特別不規(guī)則，因其結(jié)構(gòu)體系十分復(fù)雜，難以符合軟件基本技術(shù)條件及假定，所得解析結(jié)果實(shí)際上并不準(zhǔn)確，容易產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差，與工程實(shí)際情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不相符?；诖?，抗震設(shè)計(jì)極為重要，必須引起相關(guān)設(shè)計(jì)人員的高度重視，采取合理可行的抗震措施。在這種情況下，很多規(guī)范都對(duì)抗震構(gòu)造措施采用強(qiáng)制性條文予以書(shū)寫，這對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，不論是否掌握了這些強(qiáng)制性條文，都必須嚴(yán)格遵照和執(zhí)行。

2.4合理控制相對(duì)偏心距

對(duì)于高層不規(guī)則建筑體而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)施的過(guò)程中需要就相對(duì)偏心距有合理控制。從相關(guān)實(shí)踐證明來(lái)看，在這類建筑體中相對(duì)偏心距會(huì)直接隨著建筑體扭矩的變化而變化，并且呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。在實(shí)際的操作和施工控制中，如果能夠?qū)⒛切┎环弦?guī)范的平面設(shè)計(jì)做適當(dāng)調(diào)整，這可以幫助更好的確定整個(gè)建筑體的質(zhì)心與剛心。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行非常明確的建筑體剛度的策略，一旦發(fā)現(xiàn)剛心和質(zhì)心有較大的偏離，可以通過(guò)就建筑體構(gòu)件的調(diào)試使用來(lái)做調(diào)整，以保障建筑體的穩(wěn)定性與抗震性。

2.5合理使用抗扭構(gòu)件

從相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在建筑體處于非彈性時(shí)期的階段，高層不規(guī)則建筑會(huì)很大程度受到水平震動(dòng)的影響，隨著施工的推進(jìn)，不規(guī)則建筑的形態(tài)在逐漸發(fā)生變化，這會(huì)直接導(dǎo)致建筑體產(chǎn)生偏心問(wèn)題?；谶@樣的問(wèn)題，可以透過(guò)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗剪性能來(lái)發(fā)揮作用，這可以讓建筑體即使在遭遇較強(qiáng)震動(dòng)的背景下，也能夠具備一定的整體彈性。這樣才能夠讓整個(gè)高層不規(guī)則建筑體有更好的穩(wěn)定性，也是提升其抗震性能的方法。

2.6對(duì)于扭轉(zhuǎn)剛度與抗震剛度的有效調(diào)整

對(duì)于高層不規(guī)則建筑體，其主體結(jié)構(gòu)會(huì)有更高的發(fā)散扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的可能，這種扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)和建筑體自身的震動(dòng)周期之間存在一定的現(xiàn)行關(guān)系。因此，在控制高層不規(guī)則建筑體發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變，以及降低由于這部分作用力帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)時(shí)，可以通過(guò)合理控制建筑體的震動(dòng)周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一方法已經(jīng)在很多實(shí)際工程的展開(kāi)中得到了驗(yàn)證，且效果非常明顯。由此可見(jiàn)，在針對(duì)高層不規(guī)則建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要多從技術(shù)層面找突破口，這樣才能讓各種潛在問(wèn)題得到更好的解決。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，對(duì)于高層建筑行業(yè)而言，不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重大的突破，也打破了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，開(kāi)始追求不一樣的審美，并且慢慢被大眾所接受。本文詳細(xì)說(shuō)明了常見(jiàn)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型，然后列舉了其優(yōu)點(diǎn)與不足，最后闡述了不規(guī)則設(shè)計(jì)的運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)美感與安全性相結(jié)合的重要性，以促進(jìn)高層建筑的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

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