建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討

李國珍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人們生活水平的日益提高，人們對物質(zhì)外觀、精神文化的需求也在不斷加強，在審美觀的全面提升下，當代建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計也從以前的規(guī)則性、對稱性逐步轉(zhuǎn)向不規(guī)則性、不對稱性。為了滿足建筑使用功能集外觀于一體的設(shè)計要求，建筑師越來越傾向于設(shè)計不規(guī)則的建筑。建筑整體的不規(guī)則性提高了對建筑結(jié)構(gòu)性能的要求。因此，要全面加強對建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的深入研究。本文就是主要探討了如今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計之下不規(guī)則性的特點和發(fā)展形勢，分析了建筑中不規(guī)則性結(jié)構(gòu)的類型，同時提出了在建筑設(shè)計過程中針對不規(guī)則結(jié)構(gòu)所需要采用的對策。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計；不規(guī)則；設(shè)計問題；探討

自從改革開放發(fā)展以來，人們的思想也得到了進一步的發(fā)展和拓展，這一點從各地層出不窮的各種個性化標志的建筑物就可以看出來，尤其是近幾年來，人們的思想越來越活躍，各種標新立異的建筑出現(xiàn)在了我們的周圍，比如北京的鳥巢，濟南的“東荷、西柳”，央視新建筑等都是不規(guī)則建筑的代表。建筑設(shè)計越來越趨向于不規(guī)則化對于設(shè)計的難度和要求都提出了更高的挑戰(zhàn)，而不規(guī)則化建筑的興起也為建筑行業(yè)開闊了更廣闊的天地。下面就重點探討下不規(guī)則設(shè)計的具體要求和內(nèi)容[1]。

1、不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的基本特征

1.1平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：在規(guī)定的水平力作用下，對比樓層的最大彈性水平位移與該層兩端彈性水平位移，一般大于1.2.

（2）凸凹不規(guī)則：根據(jù)國家規(guī)范來設(shè)計投影方向的凹凸值，即要求建筑物結(jié)構(gòu)凹進去的尺寸要大于其本身投影方向凹凸值的百分之三十，防止發(fā)生地震時建筑物會出現(xiàn)變形甚至倒塌，給人生命安全和經(jīng)濟帶來威脅。

（3）樓板局部不連續(xù)：可以對比樓板的尺寸與平面剛度的變化來判斷建筑物結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則。

1.2豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)

（1）側(cè)向剛度不規(guī)則：通過對比側(cè)向剛度和相鄰樓層側(cè)向剛度的平均值判斷建筑物結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不規(guī)則。注意除頂層或出屋面小建筑外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的百分之二十五。

（2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)：建筑物的豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力無法垂直方向傳遞，需要由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件向下傳遞。

（3）樓層承載力突變：要求本層的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的百分之八十。

1.3超規(guī)范結(jié)構(gòu)

（1）超高結(jié)構(gòu)：指設(shè)計中對設(shè)計的技術(shù)要求加大，使建筑施工材料發(fā)生改變。

（2）超限結(jié)構(gòu)：局部樓層受力超過其自身上限。

（3）新型結(jié)構(gòu)：將新型的建筑材料與建筑施工技術(shù)相結(jié)合，但是不改變施工中的具體操作流程。

這些建筑結(jié)構(gòu)，由于一些數(shù)值已經(jīng)超過國家規(guī)定標準，所以存在一定的安全隱患，所以國家有關(guān)部門要加大監(jiān)察力度，避免危險事故的發(fā)生，為建筑行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮起作用。

2、不規(guī)則建筑設(shè)計中的問題

2.1結(jié)構(gòu)的偏心距問題

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計得知，建筑物結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)相對偏心距的關(guān)系主要呈現(xiàn)為線性函數(shù)關(guān)系。所以在設(shè)計過程中，要想降低不規(guī)則性帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)就要考慮偏心距問題。通過對結(jié)構(gòu)重心的分析，剛度的中心位置豎向構(gòu)件尤其是剪力墻的調(diào)整，降低建筑結(jié)構(gòu)在平面上的不規(guī)則性，能夠在一定范圍內(nèi)對偏心距進行限制或降低建筑物結(jié)構(gòu)中的偏心距從而提高建筑物結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)能力[2]。

2.2抗側(cè)與扭轉(zhuǎn)剛度問題

對于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，其建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)周期比的平方近似為線性關(guān)系。所以在設(shè)計過程中，要想提高建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭承載力就要考慮建筑結(jié)構(gòu)周期比。如果建筑結(jié)構(gòu)的某一部分比較薄弱，就有可能會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)之間的位移，所以通過減少建筑平面過大的凹和凸面來提高建筑結(jié)構(gòu)抗扭承載力。選擇混凝土結(jié)構(gòu)，不宜選用砌體等脆性的材料來改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.3抗震縫問題

建筑物的平面如果不規(guī)則，或者為復(fù)雜體系，地震時就容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，發(fā)生破壞。設(shè)立抗震縫時，建筑物的基礎(chǔ)可斷開，也可不斷開?？拐鹂p的寬度一般采用50-100nm，對于多層和高層鋼筋混凝土房屋，其最小縫度應(yīng)符合下列要求：當高度不超過15米時，縫寬為70nm；當高度超過15米時，按照設(shè)防烈度及增加高度進行調(diào)整[3]。

對高層建筑，由于建筑物高度大，地震影響也更加嚴重，總的來說應(yīng)避免設(shè)縫，以提高整體性。當必須設(shè)縫時，則考慮相鄰結(jié)構(gòu)在地震作用下的結(jié)構(gòu)變形、平移所引起的最大側(cè)向位移。

3、不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算

3.1優(yōu)化設(shè)計方案

就建筑的工程技術(shù)而言，建筑師總是在建筑工程區(qū)域可行的條件下進行設(shè)計。所以在選擇方案時，應(yīng)該全面衡量，做到即能滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，又能合理的，有序的完成工程建設(shè)。另一方面，設(shè)計方案的優(yōu)化可以有效的減少工程的成本費用，增加建筑工程的經(jīng)濟效益。所以當設(shè)計方案不規(guī)范或者不適用于該建筑工程，與該工程結(jié)構(gòu)計算不匹配時，應(yīng)立即詳細的修改設(shè)計方案，不能只是修改數(shù)據(jù)，敷衍塞責，以便解決后患之憂。

3.2選擇合理的計算分析方法

計算分析方法要根據(jù)實地的建筑工程的不規(guī)則度來選擇，基本有以下幾種方法：一是底部剪力法，適用于具有多層的磚房或者單層的空曠的房租，對于工業(yè)廠房也同樣適用，總的來說適用于建筑物高度低于四十米的；二是振型分解反應(yīng)譜法，適用于：規(guī)則的多高層結(jié)構(gòu)，一般工程結(jié)構(gòu)，實際上即把結(jié)構(gòu)作為多自由體系，利用反應(yīng)譜進行計算。三是彈性時程分析方法，適用于高層的建筑結(jié)構(gòu)，或者特別復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，對于建筑物結(jié)構(gòu)的的質(zhì)量沿豎向分布不均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)也同樣適用。此方法能夠真實而又全面地反映建筑物構(gòu)造存在的薄弱部分和缺陷，以便于改造來加強它的抗震性能，從而排除安全隱患，降低事故和經(jīng)濟的風險性。

3.3強化抗震措施

在地震區(qū)，小震發(fā)生的概率很大，大震雖是罕見的，但一旦發(fā)生時務(wù)必保證建筑物不致倒塌所造成重大傷亡和損失，為此，確定三水準的要求，即：小震不壞，設(shè)防裂度可修，大震不倒。迄今為止，由于結(jié)構(gòu)布置不合理而產(chǎn)生的震害源源不斷，比如扭轉(zhuǎn)破壞，唐山大地震，汶川地震很多都是由于扭轉(zhuǎn)破壞導(dǎo)致建筑物倒塌；薄弱層破壞；應(yīng)力集中；防震碰觸碰撞；共振效應(yīng)引起的震害等等。所以，堅持建造堅固的建筑物的原則是必要的即：科學(xué)地、慎重地選擇建筑場地，做好房屋基礎(chǔ)牢固；房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，布局合理；連接要牢固，整體性要好；加圈梁的房屋抗震性能好；保證施工質(zhì)量，增加建筑抗震能力。

3.4建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則控制參數(shù)

位移比、周期比、側(cè)向剛度比、層間受剪承載力比。

綜上所述，隨著社會物質(zhì)文明、精神文明的不斷發(fā)展與進步，建筑的類型也隨之漸漸的豐富，人們對建筑的審美也發(fā)生了巨大的改變，從以前的規(guī)則性、對稱性轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則性、不對稱性。不規(guī)則建筑的興起更是為建筑藝術(shù)造型帶來更廣闊的天地，從文中我們可以看出，不規(guī)則結(jié)構(gòu)對于建筑工程質(zhì)量建設(shè)發(fā)揮著越來越重要的作用，一個建筑可以包含各種各樣的內(nèi)部構(gòu)造和包含在它周圍的外部構(gòu)造，所以建筑的存在形式便是為人們的生活創(chuàng)造各種各樣的環(huán)境，更能對人們的健康帶來機遇與挑戰(zhàn)，不規(guī)則建筑的未來不容小覷。

參考文獻：

[1]呂曉祥.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則性問題探究[J].規(guī)劃與設(shè)計.2017，12（4）：81-82.

[2]丁海鵬，尹豐，官蕊.針對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則設(shè)計問題分析與探討[J].建筑知識.2016，12（8）：134-136.

[3]倪虹.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性問題的分析[J].建筑知識.2017，8（8）：148-158.