探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的研究與應(yīng)用

沙建華山東省曲阜市建筑設(shè)計有限公司

探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的研究與應(yīng)用

沙建華
山東省曲阜市建筑設(shè)計有限公司

摘要：隨著我國民眾的生活水準(zhǔn)的不斷提升，人們對于建筑的美觀性也有了更高的要求，所以打破傳統(tǒng)的不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)便由此產(chǎn)生。這樣的設(shè)計不但提升了建筑的美觀程度，更使得建筑更加具有標(biāo)志性與話題性?，F(xiàn)今的不規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu),對結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提出了更加高難度的挑戰(zhàn)。下文當(dāng)中將主要對國內(nèi)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的各種類型進(jìn)行簡要的總結(jié)，并從中尋找能夠使不規(guī)則結(jié)構(gòu)在高層建筑施工過程中得到有效利用的措施，以促進(jìn)國內(nèi)高層建筑領(lǐng)域的發(fā)展。

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

近年來國內(nèi)科技技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程快速推進(jìn),促使國內(nèi)的各行各業(yè)在不斷提升自身的發(fā)展速度，在建筑行業(yè)當(dāng)中亦是如此。城市范圍的不斷擴(kuò)大,使得設(shè)計人員為了適應(yīng)城市發(fā)展的需求,開始逐步摒棄舊時的絕對規(guī)則性設(shè)計理念,正在努力創(chuàng)造出更加獨(dú)具一格、具有標(biāo)志性及鮮明特色的建筑設(shè)施,向更加特立獨(dú)行的不規(guī)則領(lǐng)域靠攏。隨著大眾觀念的更新,如今的大城市當(dāng)中也出現(xiàn)了很多的不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑,這一趨勢在也體現(xiàn)出了我國建筑行業(yè)后續(xù)的發(fā)展方向。

一、不規(guī)則結(jié)構(gòu)的基本類別

對于不規(guī)則結(jié)構(gòu)的類型進(jìn)行具體的分類，大致可以分為兩種：第一種結(jié)構(gòu)類別，是平面不規(guī)則,其主要包括的有凸凹不規(guī)則、樓板的部分不連續(xù)以及扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等。第二種結(jié)構(gòu)類別，是豎向不規(guī)則,其主要包括的有豎向抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)不連續(xù)、側(cè)向剛度不規(guī)則、樓層之間的質(zhì)量劇變及樓層載荷力的突變等[1]。以下是對兩種不規(guī)則類型進(jìn)行判定的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

（一）平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

其一，是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。其判定的標(biāo)準(zhǔn)是樓內(nèi)每層自身最大的彈性水平位移度超過這一樓層兩側(cè)彈性水平位移標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的1.2 倍,或者最大層間位移超出這一樓層兩側(cè)層間位移標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)1.2倍。其二，是凹凸不規(guī)則。其判定的標(biāo)準(zhǔn)是樓內(nèi)結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)處的尺寸超出其投影方向上整體尺寸的30％。其三，是樓板的部分不連續(xù):其判定的標(biāo)準(zhǔn)是樓板尺寸以及平面剛度產(chǎn)生了急劇的變化。

（二）豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型

其一，是側(cè)向剛度不規(guī)則。其判定的標(biāo)準(zhǔn)是某一樓層的側(cè)向剛度參數(shù)小于其相鄰的上一樓層的70％,或小于這一樓層以上相鄰的三個樓層側(cè)向剛度標(biāo)準(zhǔn)值的80％,除去頂層后,樓層局部收進(jìn)的水平向尺寸超出其相鄰下一樓層的25％[2]。其二，是豎向抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)不連續(xù)。其判定的標(biāo)準(zhǔn)是豎直方向上的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的內(nèi)力借助水平轉(zhuǎn)換構(gòu)逐漸向下傳遞。其三是樓層載荷力的突變。其判定的標(biāo)準(zhǔn)是樓層之間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪程度小于其上一樓層的80％。其四是樓層之間質(zhì)量劇變.其判定的標(biāo)準(zhǔn)是樓層質(zhì)量超出相鄰下一樓層質(zhì)量的1.5倍。

二、不規(guī)則設(shè)計的有效利用措施

（一）使用有效的措施削減建筑的相對偏心距

建筑物自身與其相對偏心距所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在一般情況下是呈線性關(guān)系的。如果要確保扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到進(jìn)一步的改善，就要更進(jìn)一步的削減樓層的位移比，這樣便可以利用對建筑物的平面布置來進(jìn)行調(diào)整，使得建筑物質(zhì)心與剛心兩者更為接近。在工程的實(shí)際施工過程中，如果想要有效削減建筑偏心距，首先要在對結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行初步的分析與計算之后方可對其不規(guī)則性的布局進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，并充分利用計算得出的結(jié)果來更加明確的判斷出建筑物的剛心及質(zhì)心，而且還應(yīng)當(dāng)以工程實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)與相應(yīng)數(shù)據(jù)作為支撐，對建筑的整體結(jié)構(gòu)剛度分布進(jìn)行更加明確的判斷，最終對與質(zhì)心之間具有較大距離的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

（二）調(diào)節(jié)建筑的抗扭剛度比與抗側(cè)剛度

建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與自身的結(jié)構(gòu)周期比平方值也是呈線性關(guān)系的。所以對建筑進(jìn)行設(shè)計的過程中，可進(jìn)一步考慮對建筑結(jié)構(gòu)的周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s減。在剪力墻的施工過程當(dāng)中，應(yīng)盡力在限定的范圍之內(nèi)對周邊剪力墻進(jìn)行加長或加厚的處理，對于與剛心之間距離最遠(yuǎn)的剪力墻應(yīng)當(dāng)特殊加以重視[3]。而對結(jié)構(gòu)的抗扭剛度進(jìn)行強(qiáng)化時通常要采用拉梁設(shè)置，將其安置在建筑側(cè)邊，同時對建筑的整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期進(jìn)行縮減，另外還可采取提高周邊連梁剛度的方式。

（三）強(qiáng)化抗扭結(jié)構(gòu)的抗剪力

要確保建筑物在強(qiáng)烈的地質(zhì)災(zāi)害之下依然能夠確保完整無損，就不能只是單純的對其結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)建筑的整體結(jié)構(gòu)處在非彈性狀態(tài)下的時候，地震的作用力則會對建筑的整體結(jié)構(gòu)施加雙向的水平受力，建筑結(jié)構(gòu)便會隨其形態(tài)的變化而發(fā)生偏移。抗扭效應(yīng)是結(jié)構(gòu)抗剪力的決定性制約因素。如果將建筑的抗震性納入到考慮的范圍之內(nèi)，則應(yīng)當(dāng)對建筑整體結(jié)構(gòu)的抗剪性能進(jìn)行進(jìn)一步的強(qiáng)化，進(jìn)而確保能夠在強(qiáng)震情況下保證建筑整體結(jié)構(gòu)依然能夠處于彈性狀態(tài)[4]。

結(jié)語：

為了打破傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，許多不規(guī)則的建筑逐漸的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在了大眾的視野當(dāng)中，這樣的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出了新時代建筑的新穎特色，但也提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的難度。所以，為了確保建筑結(jié)構(gòu)的最終質(zhì)量，滿足大眾的居住舒適性要求，設(shè)計人員在不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計過程中，就要對其結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性規(guī)律與要求進(jìn)行深入的分析與思考，并將先進(jìn)的設(shè)計理念不斷融入到設(shè)計過程當(dāng)中，基恩人推動我國建筑行業(yè)與社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王喆.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013,(24):34-35.

[2]范文彬,唐明忠.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的研究與應(yīng)用[J].建筑設(shè)計管理,2014,(6):72-74.

[3]李海蓉.略論不規(guī)則性融入高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014,(25):187-187.

[4]辛紅軍.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的研究與應(yīng)用[J].科技資訊,2012(11):69-69.