高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性研究

王磊

摘 要：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性為建筑施工帶來了一定的困難，進(jìn)而影響了設(shè)計(jì)的合理性。基于這種認(rèn)識(shí)，對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則種類進(jìn)行了分析，并探討了設(shè)計(jì)中需要注意的問題，從而為關(guān)注這一話題的人們提供一些參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；偏心距；結(jié)構(gòu)受力

中圖分類號：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.130

受到建筑環(huán)境、施工條件和經(jīng)費(fèi)等多種因素的影響，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，不得不改變建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)而使高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不規(guī)則的現(xiàn)象。為了保證建筑施工的安全性，設(shè)計(jì)者需要記錄結(jié)構(gòu)的不規(guī)則位置，并修改建筑設(shè)計(jì)方案，以保證設(shè)計(jì)的合理性。所以，對于高層建筑的設(shè)計(jì)者來說，只有了解高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的種類，進(jìn)而注意設(shè)計(jì)相關(guān)問題，才能更好地完成高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的種類研究

從結(jié)構(gòu)類型上來看，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性種類主要分為平面不規(guī)則類型和豎向不規(guī)則類型，如表1所示。其中，平面不規(guī)則類型包含扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)等結(jié)構(gòu)類型；而豎向不規(guī)則類型則包括了側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則和樓層承載力突變等結(jié)構(gòu)類型。

1.1 平面不規(guī)則類型

在平面不規(guī)則類型中，不同的平面不規(guī)則類型的評判標(biāo)準(zhǔn)都不相同。首先，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的判斷標(biāo)準(zhǔn)是建筑各層中的最大層間位移大于平均位移值的1.2倍；其次，凹凸不規(guī)則的衡量措施則為建筑整體結(jié)構(gòu)凹陷一側(cè)的長度超出了結(jié)構(gòu)總長度的30個(gè)百分點(diǎn)；最后，樓板局部不連續(xù)的評判標(biāo)準(zhǔn)則是樓板長度和剛度出現(xiàn)了大幅度的波動(dòng)。

1.2 豎向不規(guī)則類型

在豎向不規(guī)則類型中，不同的豎向不規(guī)則類型具有不同的評判標(biāo)準(zhǔn)。首先，側(cè)向剛度不規(guī)則的評判標(biāo)準(zhǔn)是樓層的側(cè)向剛度小于臨近上層樓層的70個(gè)百分點(diǎn)；其次，豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的評判標(biāo)準(zhǔn)則為結(jié)構(gòu)受力是依靠水平設(shè)施來進(jìn)行傳遞的；最后，樓層承載力突變的評判標(biāo)準(zhǔn)則為樓層某一層的重量大于下層樓層重量的1.5倍。

表1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的種類

平面不規(guī)則類型 豎向不規(guī)則類型

扭轉(zhuǎn)不規(guī)則 側(cè)向剛度不規(guī)則

凹凸不規(guī)則 豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)

樓板局部不連續(xù) 樓層承載力突變

2 不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意的問題

高層建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性會(huì)為建筑結(jié)構(gòu)帶來一定的扭轉(zhuǎn)作用，進(jìn)而使建筑對扭轉(zhuǎn)作用的抵抗能力遭受到一定的考驗(yàn)。所以，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)高層建筑的不規(guī)則結(jié)構(gòu)時(shí)，需要采取相應(yīng)的措施來降低結(jié)構(gòu)承受的扭轉(zhuǎn)作用。

2.1 結(jié)構(gòu)偏心距問題

高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的相對偏心距具有著一定的函數(shù)線性關(guān)系，所以要想減少結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性為結(jié)構(gòu)帶來的

扭轉(zhuǎn)作用，設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮結(jié)構(gòu)偏心距的問題，從而使高層建筑承受較少的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。具體來說，設(shè)計(jì)者可以通過詳細(xì)的計(jì)算，來分析結(jié)構(gòu)空間及平面分布，進(jìn)而將樓層間的位移比例進(jìn)行一定程度的壓縮。然后，在分析結(jié)構(gòu)重量核心和剛度中心位置數(shù)據(jù)信息資料的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者就可以規(guī)范和調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度分布，并調(diào)整離重量核心較遠(yuǎn)的抗側(cè)力設(shè)施數(shù)量，從而降低結(jié)構(gòu)相對偏心距，使結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的抗扭轉(zhuǎn)能力。

2.2 結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比問題

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)周期比的平方有著線性關(guān)系。所以，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過減小建筑結(jié)構(gòu)的周期來調(diào)整結(jié)構(gòu)承受的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。具體來說，就是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，要在規(guī)定的范圍內(nèi)增加剪力墻的長度和厚度。而想要使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得到一定程度的增加，就需要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)邊上的拉梁，縮小結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)周期。另外，設(shè)計(jì)者也可以通過增加周邊連梁的剛度來增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

2.3 周邊抗扭件抗剪力問題

要想使建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈震動(dòng)下保持安全，就不能只調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)布置。因?yàn)橐坏┙Y(jié)構(gòu)受到較大的外力作用，就會(huì)出現(xiàn)不可逆的破壞現(xiàn)象。而相關(guān)的研究顯示，高層建筑如果長期都處在非彈性階段，在多重地震作用的影響下，規(guī)則的建筑也會(huì)出現(xiàn)一定的形變，并產(chǎn)生偏心的問題。所以，要想保持結(jié)構(gòu)的抗震性，就要適當(dāng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度。這樣一來，即使結(jié)構(gòu)承受了一定的外力作用，在自身彈性作用的影響下，也將恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3 結(jié)束語

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性使得人們的居住環(huán)境得到了一定程度的改善，同時(shí)也為美化城市建設(shè)作出了一定的貢獻(xiàn)。但是，不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也增加了建筑施工的難度，所以，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，一定要遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則，減小建筑結(jié)構(gòu)的偏心距，并調(diào)整結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比值，提高抗扭構(gòu)建的抗剪力，從而從建筑質(zhì)量的角度完成科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕