建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性問題的研究

楊振宏哈爾濱市民用建筑設(shè)計(jì)院

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性問題的研究

楊振宏
哈爾濱市民用建筑設(shè)計(jì)院

在建筑工程中，由于建筑具有一定的復(fù)雜性，各個(gè)環(huán)節(jié)聯(lián)系密切，因此極造成建筑施工中的失誤。在建筑工程中出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)象是常見的現(xiàn)象。建筑過程中，由于地形、地質(zhì)、與外界環(huán)境的變化，建筑結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化。同時(shí)，設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)方面也是導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則現(xiàn)象的原因之一。文章經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)，建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)的建筑中，其不規(guī)則的類型具有多樣性，并探討了如何避免建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則現(xiàn)象的存在，根據(jù)實(shí)踐總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，并提出了一些建議。

建筑結(jié)構(gòu)；不規(guī)則；問題；策略

前言：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須對(duì)地形、地質(zhì)等變化情況進(jìn)行了解，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中與實(shí)際情況相結(jié)合，將受力部分著重管理，以保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、設(shè)計(jì)方案的合理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分加強(qiáng)受力部分的建設(shè)，不僅能夠?yàn)榻ㄖ峁┛拐鹦?，還提高了建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)產(chǎn)生不規(guī)則現(xiàn)象時(shí)，建筑會(huì)由于受到壓力發(fā)生變形情況，損毀了建筑整體發(fā)抗震功能，破壞建筑工程質(zhì)量，同時(shí)也影響了建筑物的美觀性。因此，為了避免建筑質(zhì)量及形狀受到損壞，必須嚴(yán)格重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不過則現(xiàn)象，嚴(yán)格控制施工規(guī)則，確保各個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性。

1 建筑結(jié)構(gòu)中不規(guī)則建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國城市化進(jìn)程日益加快，人們對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的要求不斷提高，人們?cè)谧非笫孢m、安全的同時(shí)，對(duì)建筑風(fēng)格和建筑結(jié)構(gòu)有了更加新穎和獨(dú)特的想法。越來越多的建筑也改變了傳統(tǒng)單一的建筑風(fēng)格，不斷結(jié)合創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念。因此，不規(guī)則建筑和非對(duì)稱性建筑成為城市建筑群中一道亮麗的風(fēng)景。

2 建筑結(jié)構(gòu)中的不規(guī)則類型

建筑工程中，建筑結(jié)構(gòu)一般分為兩種類型，第一種是豎向不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)，第二種是平面不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)。其中豎向不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)還包括側(cè)向不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不具備連續(xù)性，以及結(jié)構(gòu)的承載力發(fā)生突變的現(xiàn)象；而平面不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)主要包括平面具有凹凸形狀、扭轉(zhuǎn)的測(cè)力出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象以及結(jié)構(gòu)中樓板的不連續(xù)等等。以下是上面兩種不規(guī)則現(xiàn)象的分析：

2.1 豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型判斷

第一種：側(cè)向剛度不規(guī)則情況。根據(jù)規(guī)定，樓層之間存在的側(cè)向剛度的數(shù)值應(yīng)該比相鄰的一個(gè)樓層的側(cè)向剛度小70%，還有一種情況就是這個(gè)樓層必須小于與其相連的以上三個(gè)樓層之間的平均側(cè)向剛度值，頂層樓層除外。與此同時(shí)，在樓層個(gè)別出現(xiàn)收縮現(xiàn)象時(shí)，其長度應(yīng)該大于其以下一個(gè)樓層的25%。通過這些數(shù)據(jù)可以判斷該建筑是否是不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。如果與以上數(shù)據(jù)不相符，超過其數(shù)值或者小于其數(shù)值的情況就屬于側(cè)向剛度的不規(guī)則現(xiàn)象。

第二種：豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)情況。這種情況的判斷主要是通過檢測(cè)在數(shù)值上抗側(cè)力構(gòu)件能否通過水平的力的轉(zhuǎn)變而將力向下進(jìn)行傳遞的情況，如果出現(xiàn)該情況的發(fā)生，則該結(jié)構(gòu)屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件的不連續(xù)現(xiàn)象。

第三種：各個(gè)樓層之間承載力發(fā)生突變的現(xiàn)象。判斷這種情況的不規(guī)則現(xiàn)象主要是通過觀察樓層間的首受剪程度與相鄰以上樓層之間的數(shù)值，如果出現(xiàn)該樓層的受剪程度小于上一個(gè)樓層的80%時(shí)，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)；反之，超過80%時(shí)，就屬于正常結(jié)構(gòu)。

第四種：各個(gè)樓層質(zhì)量發(fā)生突變現(xiàn)象。一般情況下，各個(gè)樓層之間的質(zhì)量需要超過該樓層以下一層的總質(zhì)量的1.5倍之多，如果出現(xiàn)該種情況，則屬于樓層間質(zhì)量的突變現(xiàn)象。

2.2 平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型判斷

第一種：扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則現(xiàn)象。每一個(gè)樓層結(jié)構(gòu)中的彈性進(jìn)行水平位移的尺寸必須大于與該樓層相鄰的兩個(gè)樓層的水平位移數(shù)值，該數(shù)值必須在1.2倍之間，如果小于相鄰樓層的1.2倍數(shù)值，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)；同時(shí)，判斷該種情況也可以根據(jù)該樓層的水平最大謂一致是相鄰兩端樓層的平均的1.2倍屬于正?，F(xiàn)象，反之，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

第二種：凹凸結(jié)構(gòu)的不規(guī)則現(xiàn)象。一般情況下，如果整個(gè)結(jié)構(gòu)凹進(jìn)去的部分的尺寸大于該部分扎起投影儀上的尺寸時(shí)，且大于數(shù)值為30%時(shí)，則屬于正常現(xiàn)象，否則則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。

第三種：樓板地步的結(jié)構(gòu)的不連續(xù)現(xiàn)象。判斷該中結(jié)構(gòu)的方法是根據(jù)考察樓板的尺寸與平面剛度之間的變化程度進(jìn)行判斷。

3 不規(guī)則結(jié)構(gòu)的建筑應(yīng)當(dāng)采取的主要措施

(1)盡量減少建筑體的偏心距。有大量的實(shí)踐證明，建筑體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)往往與其相對(duì)偏心距在某種程度上具有一定線性關(guān)系。倘若要進(jìn)一步改變建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，必須縮小樓層之間的位移比，因此可以通過將建筑物的平面位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，便可以使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心更加接近。實(shí)踐過程中，通?？梢圆捎脙煞N方式減少建筑結(jié)構(gòu)的偏心距。

(2)調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性布置應(yīng)該是在初步計(jì)算分析后才進(jìn)行，通過初步計(jì)算的結(jié)果找到建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心、剛心，同時(shí)需要做的便是通過相關(guān)數(shù)據(jù)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)比較準(zhǔn)確的判斷建筑結(jié)構(gòu)的剛度分布，最后在適當(dāng)?shù)脑鰷p距質(zhì)心較遠(yuǎn)的抗側(cè)力構(gòu)件。

(3)調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比。由相關(guān)研究表明:建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)周期比的平方的關(guān)系基本上是線性的關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，可以考慮適當(dāng)?shù)臏p小建筑結(jié)構(gòu)的周期。在做剪力墻時(shí)，則需要在合理的范圍內(nèi)盡量的加長或者增厚周邊剪力墻，特別需要重視的是那些距離剛心最遠(yuǎn)處的剪力墻。(4)提高周邊抗扭構(gòu)件抗剪力。要保證建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈震動(dòng)下依然安全，那么只靠調(diào)整結(jié)構(gòu)布置是不夠的。相關(guān)技術(shù)人員通過實(shí)驗(yàn)得到了如下的結(jié)論，即:當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)處于非彈性時(shí)期時(shí)，對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)受到雙向水平地震作用便會(huì)隨形態(tài)變化的而偏心。

總結(jié)：

判斷建筑結(jié)構(gòu)是否是不規(guī)則現(xiàn)象有助于建筑的規(guī)模的判斷、各個(gè)結(jié)構(gòu)的布置以及劣質(zhì)樓層的判斷。也能夠判斷出建筑工程整體結(jié)構(gòu)是否經(jīng)過科學(xué)、合理、專業(yè)、高品質(zhì)的方式進(jìn)行建造的。建筑結(jié)構(gòu)的變化與建筑設(shè)計(jì)師有著很大的關(guān)系，針對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的頻頻發(fā)生，建筑師在設(shè)計(jì)的同時(shí)應(yīng)該注重建筑中薄弱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，計(jì)量加強(qiáng)薄弱部位的建造。目前，我國在建筑方面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則現(xiàn)象尤其普遍，有待于改進(jìn)處理。但是目前，隨著各項(xiàng)事業(yè)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使計(jì)算機(jī)行業(yè)與信息化不斷增強(qiáng)，也使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則現(xiàn)象得到改善。可以通過就算幾構(gòu)件結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，從而減少與實(shí)際結(jié)構(gòu)的差距，減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則現(xiàn)象。

[1]張運(yùn)平.高層建筑風(fēng)荷載主動(dòng)流動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究[D].中南大學(xué)2014

[2]袁玲.高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)荷載特性與風(fēng)振效應(yīng)研究[D].廣州大學(xué)2014