淺談建筑結(jié)構(gòu)設計中不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計問題
——由蕪湖特色小鎮(zhèn)項目設計引發(fā)的思考

文/章亞萍 安徽文德投資控股有限公司 安徽合肥 230041

建筑設計規(guī)范中明確規(guī)定建筑宜擇優(yōu)選用規(guī)則的形體，其抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對稱、側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，避免側(cè)向剛度和承載力的突變。但是目前，隨著各項事業(yè)的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的新穎別致、彰顯個性的建筑出現(xiàn)，基本上都是不規(guī)則和特別不規(guī)則的，如何按照規(guī)范的精神，進行不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計與計算分析，成為工程設計中必須解決的重要課題。

1、不規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特點

1.1 平面不規(guī)則

不規(guī)則問題在平面上主要分為三個類型：第一、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，在具有偶然偏心的規(guī)定水平力作用下樓層兩端抗側(cè)力構(gòu)件彈性水平移最大值與平均值的比值大于1.2；第二、凹凸性的不規(guī)則，建筑平面凹進尺寸比投影方向總尺寸大30%。第三、樓板局部不連續(xù)，主要是樓板平面剛度或尺寸產(chǎn)生急劇的變化或較大的樓層錯層。

1.2 豎向不規(guī)則

豎向不規(guī)則主要有包括以下幾個類型：第一，側(cè)向剛度不規(guī)則，其判斷依據(jù)是樓層側(cè)向的實際剛度值比小于相鄰上一層樓層剛度值的70%，或者是小于該樓層以上相鄰三個樓層平均側(cè)向剛度值的80%，除去頂層或出屋面的小建筑外，局部收進尺寸大于相鄰下一層相鄰樓層剛度值的25%；第二，豎向抗側(cè)力不規(guī)則，主要是以豎直方向的抗側(cè)力形成的內(nèi)力，利用水平轉(zhuǎn)換向下傳遞作為基本依據(jù)；第三，樓層之間的質(zhì)量突變，其判斷標準在于樓層質(zhì)量是否能夠比下一層相鄰的樓層質(zhì)量高1.5倍；第四，樓層中的承載力突變，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80%。

2、蕪湖特色小鎮(zhèn)的結(jié)構(gòu)不規(guī)則問題

2.1 塔樓偏置

圖1

如上圖1：鐘樓位于建筑的一角，其高度和荷載遠大于旁邊與其相連的商業(yè)建筑，若在技術上不處理，則為塔樓偏置，對整個建筑產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應明顯。

2.2 結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比問題

高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應與結(jié)構(gòu)周期比有很大的關系。筆者發(fā)現(xiàn)在設計建筑結(jié)構(gòu)時，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。比如在進行該項目中的住宅高層結(jié)構(gòu)設計時，在周邊對稱增加剪力墻的長度和厚度來減小結(jié)構(gòu)自振周期，同時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 位移比

此項目中，商業(yè)建筑均是坡屋面，且高度較高，角度成45°，在進行計算時，多出位移比超過1.2,結(jié)構(gòu)為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

2.4 結(jié)構(gòu)偏心距問題

高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應和結(jié)構(gòu)的相對偏心距息息相關，若是在結(jié)構(gòu)設計時，未注重結(jié)構(gòu)剪力墻平面布置的周邊、對稱，導致結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心偏離明顯，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應明顯，結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟效應較差。

2.5 樓板開大洞

此項目中的E-8#樓是按照教堂設計的，整個平面呈回字形，內(nèi)部開洞口面積較大，在建筑方案階段，就建議洞口面積不宜過大，避免了平面不規(guī)則。同時通過加厚周邊樓板（樓板150mm厚），提高樓板的配筋率，雙層雙向配置鋼筋的方式保證結(jié)構(gòu)水平力的傳遞。

3、優(yōu)化不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計的主要措施

3.1 將建筑當中的相對偏心距縮短

做好結(jié)構(gòu)偏心受壓類型的分類，使偏心距能夠得到有效的調(diào)整，進而達到改善平面與空間分布情況的目的，這對于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及安全性的提升具有很大的推動作用，在對建筑工程進行實際設計過程中，應該結(jié)合具體情況，盡可能的縮小偏心距，并將其合理的應用到設計方案當中，進一步的提升建筑結(jié)構(gòu)設計的科學性[1]。

3.2 對抗側(cè)以及抗扭剛度進行科學的設計

在針對建筑結(jié)構(gòu)進行設計時，對主體結(jié)構(gòu)的自我周期以及扭轉(zhuǎn)效用之間的關系進行充分的考慮，并結(jié)合建筑情況對自我診斷周期進行設計，使建筑結(jié)構(gòu)能夠獲得更高的安全性及穩(wěn)定性[2]。結(jié)構(gòu)平面布置時，增強建筑周邊剛度，在滿足規(guī)范的前提下，盡量減小建筑內(nèi)部剛度，使自我振動周期被縮短，建筑結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得到有效的調(diào)整。同時，針對位移比超過1.4的部位進行加強，嚴格控制結(jié)構(gòu)位移比在規(guī)范合理范圍內(nèi)。

3.3 對防震縫進行合理設計

設計人員在對建筑結(jié)構(gòu)實施設計的過程中，需要做好設計圖紙的分析工作，對其中的限制條件加以了解，明確掌握其中的影響因素，并做好相關的研究工作，使不規(guī)則的結(jié)構(gòu)能形成有規(guī)則的整體。如在小鎮(zhèn)項目，此項目中大部分的商業(yè)平面上都是呈V型、L型、弧形等，平面不規(guī)則不對稱，多棟建筑還存在左右層數(shù)不同。在結(jié)構(gòu)設計時，通過合理的設計防震縫，其形成剛度均勻分布且形式簡單的個體，有效的解決了塔樓偏置、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等問題，從整體上確保建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。與此同時，還可以通過防震縫對房屋進行劃分，使降低地震過程中相鄰建筑的碰撞，盡可能的減小地震對建筑的損害。

3.4 對結(jié)構(gòu)邊緣部分的構(gòu)建進行強化

為了保證建筑結(jié)構(gòu)的分局效果能夠得到既定要求，不但需要調(diào)整主體結(jié)構(gòu)，還要在建筑結(jié)構(gòu)邊緣部分適當?shù)脑黾涌辜魪姸?，如果存在外力影響問題，會使主體結(jié)構(gòu)受到嚴重的破壞，需要將有效的防治措施落實到建筑當中，使邊緣結(jié)構(gòu)強度得到進一步的增強，可以對抗扭構(gòu)建方面的抗剪能力進行增強，使建筑結(jié)構(gòu)可以將自身的功能充分的發(fā)揮出來，進而提升結(jié)構(gòu)的安全性和完整性[4]。

結(jié)語：

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)當中的不規(guī)則問題，往往會對建筑物的安全和穩(wěn)定造成巨大的影響，使建筑結(jié)構(gòu)的設計與布局質(zhì)量受到巨大的影響，因此，在進行建筑的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計時，需要盡量減少薄弱部位的產(chǎn)生概率，通過對建筑設計水平的提升，使不規(guī)則性問題得到有效的解決，使建筑的安全性要求以及美觀性要求得到有效的滿足。