建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性問題的分析

龔俊

（貴州省銅仁市建筑勘察設(shè)計院 貴州銅仁 554300）

從當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程來看，設(shè)計人員在設(shè)計過程中除開展對稱性設(shè)計的同時，還需要不規(guī)則設(shè)計，使建筑具有良好性能。但從當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實際內(nèi)容來看，其中存在多方面質(zhì)量問題，對建筑整體性能產(chǎn)生影響。本文將以此為背景，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則問題的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行簡單分析。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則問題概述

1.1 建筑結(jié)構(gòu)合理剛度

從當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來看，結(jié)構(gòu)合理剛度主要表現(xiàn)為樓屋蓋結(jié)構(gòu)合理剛度、主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)合理剛度等幾方面內(nèi)容，其具體資料如表1所示。

表1 建筑結(jié)構(gòu)合理剛度統(tǒng)計表

1.2 建筑空間利用

在整個建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)必然會占據(jù)著一定空間，實現(xiàn)建筑集合結(jié)構(gòu)空間的合理利用，是當(dāng)前建筑空間設(shè)計中的主要內(nèi)容。從當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容來看，在整體結(jié)構(gòu)高度較大的高層中，通過避難層與設(shè)備層控制剛性，是提高建筑抗側(cè)剛度的主要方式，能滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要方法。具體而言，在建筑空間結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要避免出現(xiàn)單純重視建筑單一構(gòu)件重要性而忽視整體結(jié)構(gòu)合理性的問題。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不規(guī)則設(shè)計探索

考慮到建筑結(jié)構(gòu)在地震中可能出現(xiàn)不同程度損傷現(xiàn)象，因此在結(jié)構(gòu)分析重要正確認(rèn)識到其中容易出現(xiàn)損傷的結(jié)構(gòu)位置，并在設(shè)計中對其進(jìn)行進(jìn)一步的限制與控制。

2.1 設(shè)置防震縫降低地震對建筑結(jié)構(gòu)的影響

考慮到當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)中普遍呈現(xiàn)出復(fù)雜化、多樣化的結(jié)構(gòu)趨勢，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要設(shè)置防震縫來，通過將整個建筑結(jié)構(gòu)劃分為多個單一的建筑結(jié)構(gòu)，以強(qiáng)化建筑隊地震的抵抗能力。一般在建筑結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)計中，若發(fā)現(xiàn)兩側(cè)構(gòu)件體系存在較大差異，或兩者對地震的反應(yīng)各不相同，而建筑結(jié)構(gòu)相鄰建筑構(gòu)件基礎(chǔ)沉降量比較大的時候，在設(shè)置防震縫時需要重點考慮薄弱一側(cè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式，并通過增設(shè)兼做沉降縫的建筑抗震縫的方式進(jìn)一步強(qiáng)化建筑抗震性能。

2.2 保證建筑結(jié)構(gòu)偏心距合理

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，考慮到結(jié)構(gòu)相對偏心距與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在特定范圍內(nèi)是以線性函數(shù)的形式而存在的。因此為保證建筑主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)穩(wěn)定，就需要在合理的高度上控制結(jié)構(gòu)的相對偏心距，通過科學(xué)協(xié)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)空間與平面分布情況，來達(dá)到既定的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量控制效果。在建筑結(jié)構(gòu)偏心距設(shè)計中，首先要對建筑的各個結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，獲得建筑結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)參數(shù)；在確定相關(guān)參數(shù)之后，調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則平面布局，確保其具有準(zhǔn)確性。在不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束之后，需要充分發(fā)揮技術(shù)人員的作用，通過綜合分析建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終確定建筑結(jié)構(gòu)的整體剛度情況。若發(fā)現(xiàn)上述措施的質(zhì)量控制效果不明顯，可以調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)哥哥階段的實際參數(shù)，使建筑結(jié)構(gòu)之間具有良好的偏心距，避免扭轉(zhuǎn)作用發(fā)生。

3 基于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則問題分析

框架-剪力墻是不規(guī)則設(shè)計中的重要組成部分，為保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，就需要開展對剪力墻結(jié)構(gòu)的分析。

3.1 框架-剪力墻受力分析

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是分別由剪力墻與框架兩種結(jié)構(gòu)組成，兩種要素在抗側(cè)力單元在水平荷載作用下的受力特點與變形性能上表現(xiàn)出明顯差異。受水平荷載影響，框架變形曲線主要表現(xiàn)為剪切型，且樓層高度越高，建筑的層間位移變化情況越不明顯；而剪力墻變形曲線主要呈彎曲型，樓層越高，其所受到的水平位移越明顯。

一般在建筑總框架的剪切剛度計算中，首先需要引入抗側(cè)剛度值，且框架節(jié)點總是存在轉(zhuǎn)角。此時，若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度無限擴(kuò)大，則會發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)角不斷減小，并可忽略轉(zhuǎn)角，并將其設(shè)置為固定值展開計算。在此情況，其相關(guān)關(guān)系參數(shù)的計算公式為：

式中：d代表柱的抗側(cè)剛度，所代表的就是單位位移所需要施加的水平推力；h代表建筑的實際高度；i代表柱的線性剛度參數(shù)，ic代表柱的抗彎剛度。

3.2 框架-剪力墻內(nèi)里分布特征分析

框架-剪力墻的樓層主要由兩部分組成，分別為框架承擔(dān)的樓層剪力與剪力層的樓層剪力，其計算公式為：P=P1+P2。

同時，考慮在結(jié)構(gòu)下部，剪力墻的層間變形不明顯，容易受到框架變形現(xiàn)象的影響，具體表現(xiàn)為：剪力墻部分的剪力P1較大，而框架部分剪力P2較??；隨著樓層高度上升，墻底扶持效應(yīng)減小，與框架相同的樓層剪力水平差距出現(xiàn)變化，直到二者出現(xiàn)獨立受力情況。

3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計的參數(shù)優(yōu)化分析

3.3.1 結(jié)構(gòu)分析

我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要重視結(jié)構(gòu)的平面與豎向解耦股的平面布置，使其相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分具有科學(xué)性。

總體而言，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不規(guī)則特征主要可劃分為四方面，其具體內(nèi)容如表2所示。

3.3.2 建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則參數(shù)

為保證建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)范設(shè)計的有效性，需要對其具體內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的測評與分析，并對其中的具體參數(shù)進(jìn)行控制。具體而言，在開展不規(guī)則參數(shù)設(shè)定中，需要重視以下幾方面分析：

表2 建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則特征

（1）周期比。主要指解耦股扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與以水平為主的第一自振周期，周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。在當(dāng)前結(jié)構(gòu)周期比設(shè)計中，要保證其扭轉(zhuǎn)變形小于結(jié)構(gòu)平動變形，并且在地震作用下，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動不會轉(zhuǎn)化為主振動效應(yīng)，導(dǎo)致建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可逆損傷。一般情況下，在周期比設(shè)計中，A級建筑的周期比普遍小于等于0.9；而B級建筑周期比普遍小于等于0.85。

（2）剛度比。主要指相鄰樓層間的側(cè)向剛度值比值，該比值是控制結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的主要指標(biāo)。一般在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計中，要保證期側(cè)向剛度應(yīng)大于等于上層的70%；若剛度比不達(dá)標(biāo)，則會出現(xiàn)薄弱層等問題，此時在相關(guān)系數(shù)計算中，需要用地震剪力乘1.15。而在當(dāng)前的參數(shù)設(shè)定中，主要依靠SAWE軟件確定各個樓層的剛度比，對于其中剛度比不滿足薄弱層自動控制的剪切力進(jìn)行控制。

3.3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

在當(dāng)前框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻需要遵循均勻、周邊等原則進(jìn)行布置，并對其中的重點參數(shù)進(jìn)行控制。同時考慮到剪力墻的延伸性、自重等問題，在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要考慮延伸性設(shè)計的內(nèi)容，設(shè)計的延伸性能月越好，則建筑整體性能越高。剪力墻平面結(jié)構(gòu)優(yōu)化是整個設(shè)計環(huán)節(jié)的重點，對剪力墻進(jìn)行科學(xué)有效的優(yōu)化，能有效提高建筑整體剛度，并強(qiáng)化結(jié)構(gòu)抗震性能。而在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要將結(jié)構(gòu)位置調(diào)整作為一種的重點內(nèi)容，認(rèn)識到扭轉(zhuǎn)不規(guī)則指標(biāo)突破程度增大對位移的影響，使建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

4 結(jié)束語

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則性不僅會影響建筑自身的穩(wěn)固性，還會對建筑的美觀性產(chǎn)生影響，而在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則設(shè)計中，要將其設(shè)計的重點設(shè)置在平面不規(guī)則設(shè)計、豎向不規(guī)則設(shè)計等多個方面，通過綜合控制各個設(shè)計環(huán)節(jié)質(zhì)量，而獲得更好的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

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