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

史沛元

（武漢華中科大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖北省武漢市 430000）

引言

近些年來，我國建筑行業(yè)的施工技術(shù)以及設(shè)備水平開始不斷的提升和發(fā)展，建筑企業(yè)開始大力開展研發(fā)建筑設(shè)施種類的工作，使得各式各樣的不規(guī)則高層建筑設(shè)施涌現(xiàn)，推動(dòng)了我國城市化的發(fā)展進(jìn)程。其結(jié)構(gòu)自身的不規(guī)則特性，會(huì)給其相關(guān)的施工設(shè)計(jì)人員帶來極大的挑戰(zhàn)，無形之中增加了其施工以及設(shè)計(jì)等多方面工作的難度，所以，在實(shí)際的工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，其相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須要從實(shí)際狀況處罰，保障其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)稱性等，降低其建筑結(jié)構(gòu)所受到的各類水平以及條件的影響，潛移默化的提升建筑工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性以及安全程度，最大限度的發(fā)揮出其高層建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)建價(jià)值，延長其建筑設(shè)施的使用年限。

1 不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國的建筑工程項(xiàng)目的種類繁多，其需要考量其所面對(duì)的各類施工環(huán)境以及施工條件等外力因素，其受到多種外力因素的作用，使得建筑設(shè)施的結(jié)構(gòu)無法保證絕對(duì)的規(guī)則性以及對(duì)稱性。通常建筑設(shè)施的不規(guī)則形主要表現(xiàn)在凹凸不平的表面上、部分建筑樓板的斷裂等方面。其建筑工程項(xiàng)目活動(dòng)的開展必須要以建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性位置為基準(zhǔn)，不能影響到其建筑結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，同時(shí)，其還應(yīng)當(dāng)確定出其結(jié)構(gòu)的實(shí)際布置方案，找出建筑設(shè)施自身較為薄弱的部位，盡可能的去提升整體建筑結(jié)構(gòu)自身的合理性。通常來說，不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致其在水平方面產(chǎn)生偏心側(cè)力，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生不同程度的扭轉(zhuǎn)變形，讓其結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力無法發(fā)揮出其效用，另外其還會(huì)加大其實(shí)際的施工成本，因此，相關(guān)的設(shè)計(jì)人員必須要懂得實(shí)時(shí)的調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，利用規(guī)則以及對(duì)稱等設(shè)計(jì)方式提升其建筑設(shè)施自身的結(jié)構(gòu)性能。大多數(shù)的建筑施工人員會(huì)為了滿足城市化的發(fā)展需求，嘗試這建造一些極具創(chuàng)新性的建筑設(shè)施，目前，我國很多城市中都出現(xiàn)了較多的復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)帶動(dòng)了我國建筑行業(yè)的發(fā)展，會(huì)在一定程度上增加其建筑設(shè)施的美感，但是其設(shè)計(jì)以及構(gòu)建也會(huì)給相關(guān)的施工設(shè)計(jì)人員帶來工作上的挑戰(zhàn)。

2 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)與豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)是高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)中的兩種主要類型，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在高層建筑平面扭曲，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象。高層建筑平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判斷標(biāo)注主要是每一樓層自身最大的彈性水平位移大于該樓層兩端的彈性水平位移平均值的1.2倍，或者是最大的層間位移大該樓層兩端層間位移平均值的1.2倍。豎向不規(guī)則的類型，側(cè)向剛度不規(guī)則：判斷的標(biāo)準(zhǔn)是該樓層的側(cè)向剛度值大小小于與其相鄰上一樓層的70%，或者小于該樓層以上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%，排除頂層不算，樓層局部收進(jìn)的水平向尺寸大于其相鄰下一層的25%。豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：判斷標(biāo)準(zhǔn)是豎直方向上的抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力通過水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件而向下傳遞。

3 不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，其會(huì)對(duì)一些不規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)施產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的破壞，另外其還會(huì)影響到該建筑設(shè)施的質(zhì)量以及剛度偏心程度。其相關(guān)的施工人員應(yīng)當(dāng)找出不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，處理好扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)破壞等的問題，在實(shí)際的施工過程中，要懂得合理的限制其扭轉(zhuǎn)效用。首先，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則層面進(jìn)行合理的布置，控制好其應(yīng)用的強(qiáng)度，防止其出現(xiàn)過大偏心等的問題，降低其實(shí)際的扭轉(zhuǎn)效用；其次，需要在規(guī)定的范圍中提升其自身建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，避免其剛度低下，無法精準(zhǔn)的判定其自振周期。當(dāng)其扭轉(zhuǎn)周期和平動(dòng)周期相近時(shí)，其受到振動(dòng)耦連的作用，其建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效用會(huì)比較明顯。

3.1 降低建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距

建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和相對(duì)偏心距的數(shù)值始終呈線性關(guān)系，想要改良其建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)狀態(tài)，就需要實(shí)時(shí)的調(diào)整其樓層的位移比值，利用建筑結(jié)構(gòu)平面布置方式，讓其建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心可以更為貼合其剛心的位置。想要降低建筑結(jié)構(gòu)偏心距，可以對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性布置進(jìn)行更為詳盡的計(jì)算和探究，依據(jù)其最初所計(jì)算出的數(shù)值，確定出其建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心剛心等的位置，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比數(shù)值的調(diào)整

高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和其結(jié)構(gòu)周期數(shù)值存在一定的連接關(guān)系，其二者平方始終呈線性的數(shù)值關(guān)系，因此，其相關(guān)的建筑設(shè)計(jì)施工人員在開展建筑設(shè)施設(shè)計(jì)的工作過程中，必須要考量其建筑結(jié)構(gòu)的周期數(shù)值，盡可能的降低其周期，在對(duì)剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要控制好其潛力強(qiáng)的厚度以及長度等，在其相應(yīng)的范圍內(nèi)對(duì)其剪力墻的厚度數(shù)值等進(jìn)行調(diào)整，盡可能的加長其剪力墻的長度，同時(shí)其還應(yīng)當(dāng)對(duì)一些和剛心距離比較遠(yuǎn)的剪力墻進(jìn)行高度的重視和調(diào)整，在其結(jié)構(gòu)的邊緣位置上設(shè)立拉梁，另外其還應(yīng)當(dāng)降低其建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際的扭轉(zhuǎn)周期數(shù)值，對(duì)其周邊的連梁剛度進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。

3.3 周邊抗扭構(gòu)件抗剪力的設(shè)計(jì)

想要保障高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度，就需要對(duì)其建筑設(shè)施所受到的振動(dòng)以及承重力進(jìn)行衡量，不能一味的對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置和調(diào)整，經(jīng)過實(shí)踐表明，如果其建筑結(jié)構(gòu)始終處于一個(gè)非彈性的階段，那么其建筑設(shè)施所受到的地震效用就會(huì)隨其形態(tài)的變化而變化。如果考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，則應(yīng)該強(qiáng)化那些受抗扭效應(yīng)制約構(gòu)件的抗剪性能，以便使得建筑結(jié)構(gòu)可以在強(qiáng)震作用下保持整體彈性狀態(tài)。

3.4 較小地震帶來的破壞，設(shè)置防震縫

在實(shí)際工程中經(jīng)常會(huì)遇到平面形狀比較復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，由于受到條件的限制導(dǎo)致不能把平面結(jié)構(gòu)布置成規(guī)則的結(jié)構(gòu)，此時(shí)便可以通過設(shè)置一定的防震縫將結(jié)構(gòu)分成比較簡單的結(jié)構(gòu)單元。在工程中適當(dāng)?shù)脑O(shè)置防震縫是十分有必要的，如：①需要設(shè)置抗震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)體系迥異或地震反應(yīng)效應(yīng)顯著不同時(shí)時(shí)，抗震縫的寬度便需要考慮不利一側(cè)的結(jié)構(gòu)；②當(dāng)相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)沉降量較大時(shí)，可以設(shè)置兼做沉降縫的的抗震縫。

4 結(jié)語

在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作中，其建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的特性會(huì)使得其建筑結(jié)構(gòu)的建模以及布置等工作變得更加的困難。其會(huì)間接性的影響到整體建筑結(jié)構(gòu)的布置狀態(tài)，其設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)一些不規(guī)則的建筑設(shè)施時(shí)，應(yīng)當(dāng)最大限度的降低其建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出薄弱的部位問題的發(fā)生頻率，處理好高層建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)問題。隨著我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，其建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型工作的開展會(huì)變得更為的便利，同時(shí)其所反饋并計(jì)算出的數(shù)值會(huì)更加的準(zhǔn)確，可以實(shí)時(shí)的且精準(zhǔn)的反應(yīng)出實(shí)際的施工狀況。