關(guān)于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

章安泰

摘 要： 近些年，隨著城市中土地資源日趨緊缺，高層建筑成為了建設(shè)的主流，同時加之由于用戶需求地影響其結(jié)構(gòu)設(shè)計要求也不斷提高。為此，下文將就高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計展開探究，以供參考。

關(guān)鍵詞： 高層建筑;不規(guī)則結(jié)構(gòu);設(shè)計;探討

【中圖分類號】TU973 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0103-01

1 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

1.1 豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)

豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以分為三種類型，分別是：側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)、抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及樓層承載力突變的結(jié)構(gòu)。首先來說側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)：側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)是指某一樓層的側(cè)向剛度值為其上層樓層70%的范圍之內(nèi)，這一樓層便是不規(guī)則性樓層。其次來說抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則結(jié)構(gòu)：抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則結(jié)構(gòu)是指豎直方向結(jié)構(gòu)抗側(cè)列位置缺乏連貫性，即結(jié)構(gòu)受力主要通過設(shè)置水平設(shè)施進(jìn)行輸送。最后來說樓層承載力突變的結(jié)構(gòu)：樓層承載力突變的結(jié)構(gòu)是指樓層間出現(xiàn)明顯的重力改變，即某一樓層的重量超過其下一樓層的1.5倍。通過對高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生地震之時，建筑結(jié)構(gòu)破壞最為嚴(yán)重的區(qū)域一般是平面分布不均的區(qū)域，同時，扭轉(zhuǎn)剛度較大、剛度作用偏差較大的結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)較大的損壞。由此可見，扭轉(zhuǎn)作用力會帶來更為嚴(yán)重的破壞?；诖耍覀冊O(shè)計時須特別注意嚴(yán)控扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，通常可以采取以下幾種方法：第一，在建筑結(jié)構(gòu)有效范圍之內(nèi)，盡可能地提升扭轉(zhuǎn)剛度值，以強(qiáng)化扭轉(zhuǎn)下的抵抗性能;第二，通過實現(xiàn)空間、平面上的對稱性，以保障空間、平面分布規(guī)律性，從而在防止偏心效應(yīng)增大情況下降低主體機(jī)構(gòu)扭轉(zhuǎn)作用。

1.2 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)

平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)可以分為三種類型，分別是：平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、樓板缺乏連續(xù)性的結(jié)構(gòu)以及樓板凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。首先來說平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是指立足于每層樓房結(jié)構(gòu)的兩端存在的彈性水平位移量進(jìn)行判斷，如果樓層水平位移量為平均值的1.2倍或者是以上，則樓層結(jié)構(gòu)便會出現(xiàn)不規(guī)則扭轉(zhuǎn)的情況。其次來說樓板缺乏連續(xù)性的結(jié)構(gòu)：樓板缺乏連續(xù)性的結(jié)構(gòu)是指樓板結(jié)構(gòu)缺乏連續(xù)性，其主要原因在于樓板面積、建筑結(jié)構(gòu)平面發(fā)生劇烈變化。最后來說樓板凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)：樓板凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)投影尺寸上，若平面凹進(jìn)面積超過30%，則為凹凸不規(guī)則。

2 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

2.1 提高抗扭剛度與抗側(cè)剛度

為了有效控制好不規(guī)則結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在設(shè)計過程中可以根據(jù)實際情況提高建筑結(jié)構(gòu)的抗扭剛度與抗側(cè)剛度。通過進(jìn)行深入分析不難發(fā)現(xiàn)，高層建筑主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)自我振動周期的扭轉(zhuǎn)情況與平方值應(yīng)當(dāng)要具備線性函數(shù)關(guān)系。因此，我們設(shè)計時應(yīng)當(dāng)要盡可能地減少建筑自我振動時間，從而減小扭轉(zhuǎn)所帶來不利影響。在研究項目剪刀墻結(jié)構(gòu)中，可以通過改變墻體大小以及在實際操作過程中根據(jù)主體結(jié)構(gòu)邊緣處柱梁的實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而減少其自我振動周期、控制其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。另外，通過適當(dāng)提高邊緣梁值，也可以起到調(diào)整抗扭剛度與抗側(cè)剛度的作用。

2.2 降低相對偏心距

通過降低相對偏心距，可以比較好地減少扭轉(zhuǎn)作用，其主要原理在于高層建筑結(jié)構(gòu)的相對偏心距及其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可呈線性函數(shù)關(guān)系。也就是說，通過減小樓體間的位移，便可以降低由主體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所造成的不良影響?；诖?，應(yīng)當(dāng)要在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)的相對偏心距，從而改善高層建筑結(jié)構(gòu)的平面、空間整體分布情況及提高結(jié)構(gòu)間的穩(wěn)定性與安全性。與此同時，在實際建筑施工過程中，也可以采取一些有效的措施來減小高層建筑結(jié)構(gòu)的相對偏心距。為此，應(yīng)當(dāng)要對高層建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，然后以此為根據(jù)來制定出一套科學(xué)的相對偏心距調(diào)整方案，并將相對偏心距的位置清楚標(biāo)到圖紙中，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行準(zhǔn)確分析，這樣才能夠切實提升設(shè)計方案科學(xué)合理性。其次，要嚴(yán)格控制建筑位移，使高層建筑的位置保持基本固定。最后，針對建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的布局優(yōu)化設(shè)計，并且要注重進(jìn)行動態(tài)和靈活性的設(shè)計，以便在后期出現(xiàn)偏心距過大問題時可以有效的進(jìn)行調(diào)整，確保施工能夠順利進(jìn)行。

2.3 增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度

從實際情況來看，光是通過協(xié)調(diào)主體結(jié)構(gòu)分布，并不能真正實現(xiàn)對扭轉(zhuǎn)作用地控制，一旦在外力狀況下其主體結(jié)構(gòu)很容易會遭到破壞。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，若是項目長期處于非彈性階段的話，即使其結(jié)構(gòu)最初是規(guī)則性的，但一旦遭受地震作用的影響，其結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生偏心缺陷而轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則。因此，為了確保建筑良好抗震性，必須提高主體結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度，這樣即使高層建筑整體結(jié)構(gòu)遭受了巨大外力作用，依然可以借助于自身彈性作用恢復(fù)正常。

2.4 設(shè)置防震縫

在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過設(shè)置防震縫，可以發(fā)揮出良好的控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的作用。一般來說，高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中常會應(yīng)用到一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的平面形狀，而由于受到現(xiàn)實因素限制，往往無法合理設(shè)置規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)，對此，只有采取設(shè)置防震縫的方法，才能夠有效將建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵谓Y(jié)構(gòu)單元。需注意，對于不同體系結(jié)構(gòu)的兩側(cè)、不同作用的地震效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)實際情況來合理確定防震縫的寬度。另外，若相鄰結(jié)構(gòu)的沉降較大的話，也可以利用防震縫來發(fā)揮沉降縫的作用。

結(jié)束語：綜上所述，高層建筑是現(xiàn)代建筑的主要趨勢，而在其設(shè)計上不可避免地會應(yīng)用到許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這也是其設(shè)計中的一大難點(diǎn)。不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計既可以提高高層建筑外形的美觀性與個性化，又能夠解決自然條件、建筑空間、工程造價等相關(guān)因素的矛盾。而無論是豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)還是平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其在實際設(shè)計中都需要采取科學(xué)合理的設(shè)計方法與技巧，特別是要控制好不規(guī)則結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，對此，可以采取提高抗扭剛度與抗側(cè)剛度、降低相對偏心距、增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度、設(shè)置防震縫等策略來滿足設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫凌.關(guān)于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾，2019，（15）.94-95.

[2] 高強(qiáng).高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].建材與裝飾，2016，（40）.57-58.

[3] 王華梅.高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用研究[J].綠色環(huán)保建材，2019，148（06）：69+72.