建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的若干研究及分析

孫超

摘要：建筑項(xiàng)目施工時(shí)，在不同地理地質(zhì)條件和環(huán)境下，會(huì)讓建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀，以滿(mǎn)足建筑所在地的施工需要。本文首先闡述建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的分類(lèi)表現(xiàn)方式，分析了不規(guī)則性給建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響。針對(duì)當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，探討不規(guī)則性對(duì)建筑安全可靠性的影響，提出了優(yōu)化改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的意見(jiàn)和建議。

關(guān)鍵字：建筑結(jié)構(gòu);不規(guī)則性;研究

建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性，在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中是經(jīng)常遇到的問(wèn)題。在局限的地理地質(zhì)條件下，建筑物不能設(shè)計(jì)為完全規(guī)矩的形狀，就是建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性的表現(xiàn)。但是這種不規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)，往往會(huì)帶來(lái)更為創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)方案，能更加完美地展示建筑設(shè)計(jì)師獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念。因此本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性進(jìn)行研究，主要是探討不規(guī)則的表現(xiàn)形式，不規(guī)則建筑的受力特點(diǎn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，探索優(yōu)化改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的方法和措施。

1、建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的表現(xiàn)形式

建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性外在表現(xiàn)主要是在表面出現(xiàn)起伏不平整、局部建筑和整體建筑不和諧等方面。這些特殊的不規(guī)則形式，一方面是對(duì)建筑的美觀帶來(lái)影響，更重要的是會(huì)從建筑物的受力上造成扭轉(zhuǎn)和變形，從而影響建筑物的整體安全性能。因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性進(jìn)行分析，準(zhǔn)確把握建筑不規(guī)則狀態(tài)下的受力情況，才能盡量降低不規(guī)則性對(duì)建筑物的安全性能的影響，保障建筑的生命周期。從研究數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，目前建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性有四種主要的表現(xiàn)形式。

一是在平面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類(lèi)型。這種平面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)也有三種主要的表現(xiàn)。第一種是扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上的不規(guī)則。對(duì)這類(lèi)不規(guī)則的判斷標(biāo)準(zhǔn)是，如果獨(dú)立樓層結(jié)構(gòu)中的彈性水平位移數(shù)，小于和這個(gè)樓層相鄰的前后樓層的水平位移數(shù)值的1.2倍，就可以認(rèn)定該樓層是不規(guī)則的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。這里的1.2倍是界限值，小于這個(gè)值的屬于正常結(jié)構(gòu)，大于這個(gè)數(shù)值的都是不規(guī)則結(jié)構(gòu)。第二種是凹凸結(jié)構(gòu)上的不規(guī)則情況。對(duì)這種現(xiàn)象的判斷，要建立一個(gè)投影尺寸，如果建筑結(jié)構(gòu)凹陷部位的結(jié)構(gòu)尺寸比該部位在投影上投影的尺寸大，并已經(jīng)超過(guò)了30%的范圍，就可以認(rèn)為這種建筑結(jié)構(gòu)是不規(guī)則結(jié)構(gòu)。第三種是樓板局部的不連續(xù)結(jié)構(gòu)情況。這里認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自于對(duì)樓板尺寸和樓層平面剛度之間的變化情況。

二是豎向上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)類(lèi)型。豎向上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)是實(shí)際施工中遇到最多的不規(guī)則類(lèi)型，主要有4種典型的表現(xiàn)形式。第一種是側(cè)向剛度上發(fā)生的不規(guī)則。判斷的數(shù)據(jù)來(lái)自三點(diǎn)，一是不同樓層的側(cè)向剛度值要處于相鄰樓層側(cè)向剛度值的70%以下的數(shù)值范圍;二是單個(gè)樓層的側(cè)向剛度值，小于和其相鄰的三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值，這個(gè)方法要把樓頂層要排除在外。三是樓層出現(xiàn)收縮情況時(shí)，整個(gè)樓板的長(zhǎng)度必須超過(guò)下一個(gè)樓層樓板長(zhǎng)度的四分之一。如果滿(mǎn)足這三個(gè)條件就可以判斷該樓層發(fā)生了不規(guī)則現(xiàn)象。第二種是豎向抗側(cè)力發(fā)生的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。這里的檢測(cè)方法是對(duì)構(gòu)件的抗側(cè)力進(jìn)行采集，并判斷其水平力是否正常傳導(dǎo)到下一層如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)抗側(cè)力的順利傳導(dǎo)，就認(rèn)定其為不規(guī)則結(jié)構(gòu)。第三種是樓層承載力帶來(lái)的突變情況。認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)是要計(jì)算出檢測(cè)樓層的剪應(yīng)力數(shù)值，如果數(shù)值的大小處于上一個(gè)樓層的80%范圍內(nèi)，就屬于正常規(guī)則結(jié)構(gòu)。如果超出就判斷為不規(guī)則結(jié)構(gòu)。第四種是質(zhì)量帶來(lái)的不規(guī)則突變情況。如果單個(gè)樓層的質(zhì)量比相鄰的下一樓層總質(zhì)量的1.5倍還要大，就可以認(rèn)定該樓層是不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

2、改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的建議

在對(duì)實(shí)際不規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)研究中發(fā)現(xiàn)，不規(guī)則結(jié)構(gòu)容易造成建筑物的質(zhì)量和剛度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致建筑扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被破壞、整體抗震等性能變差。針對(duì)這一主要影響因素，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的建議意見(jiàn)如下。

一是要采用多種措施降低建筑的偏心影響。首先要從設(shè)計(jì)階段就減少不規(guī)則結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，這是控制建筑發(fā)生偏心現(xiàn)象的源頭。這樣才能有效控制偏心力，避免建筑物的扭轉(zhuǎn)剛度太差，造成結(jié)構(gòu)之間發(fā)生變形。其次可以從減少偏心距離上入手，幫助控制建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)狀況。可以把樓層的位移比控制在較小范圍中，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物平面位置的有效調(diào)整，從而讓建筑結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心更加重疊，這樣就能有效降低建筑偏心矩帶來(lái)的不利影響。

二是要綜合考慮設(shè)計(jì)因素調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性平面布置。如果建筑的不規(guī)則性受到環(huán)境的特殊影響無(wú)法避免，那就需要從不規(guī)則結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)布置入手來(lái)把不規(guī)則性的影響降低。主要原理是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心進(jìn)行計(jì)算，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度情況分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用數(shù)據(jù)比對(duì)和經(jīng)驗(yàn)判斷等方法來(lái)調(diào)整剛度的布局，采用合理調(diào)整距離質(zhì)心較遠(yuǎn)出抗側(cè)力構(gòu)件等辦法來(lái)讓建筑結(jié)構(gòu)受力更為均衡。

三是要合理調(diào)整優(yōu)化不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和抗扭剛度。建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響會(huì)直接縮短建筑物的生命周期。建筑結(jié)構(gòu)周期比的平方、最終扭轉(zhuǎn)結(jié)果這兩項(xiàng)指標(biāo)之間線(xiàn)性關(guān)系明顯。依據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，對(duì)建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用縮短建筑結(jié)構(gòu)周期的方法來(lái)減少不規(guī)則性對(duì)建筑的影響。比如在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，可以在標(biāo)準(zhǔn)范圍里來(lái)合理增加墻的厚度和長(zhǎng)度，特別是距離剛心越遠(yuǎn)的剪力墻，越要墻體的長(zhǎng)度和厚度越要增加。

四是要有效提高不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)中周邊構(gòu)件的抗剪力。要保證不規(guī)則建筑的整體抗震、抗沖擊的影響，結(jié)構(gòu)布局上的調(diào)整還不能解決根本上的問(wèn)題。因?yàn)樵趶?qiáng)大的外力下，建筑結(jié)構(gòu)必然會(huì)因?yàn)殡p向水平方向的力導(dǎo)致建筑形態(tài)發(fā)生偏移，從而影響建筑物的安全穩(wěn)定性能。所以在設(shè)計(jì)中還要注意增強(qiáng)建筑周邊抗扭構(gòu)建的抗剪力水平，幫助建筑物抵御地震等強(qiáng)大力量的沖擊。

建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)不規(guī)則性是現(xiàn)實(shí)施工中不可避免的情況。所以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的研究，要從源頭上進(jìn)行分析，根據(jù)不同的不規(guī)則性給建筑物帶來(lái)的影響，提出針對(duì)性的解決方案和措施。要抓住不規(guī)則性給建筑安全穩(wěn)定等重要因素的影響，在保障建筑可靠使用的基礎(chǔ)上，優(yōu)化對(duì)建筑不規(guī)則性的設(shè)計(jì)和布局，降低建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性帶來(lái)的不利影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]李永芳.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)若干問(wèn)題分析[J].建材與裝飾，2018（17）：108.

[2]包忠燕.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的若干研究及分析[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2017，44（14）：2-3.

[3]謝志雄，王燈雨.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的研究[J].住宅與房地產(chǎn)，2015（28）：138.

[4]張家俊.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的分析與實(shí)踐[J].建材與裝飾，2015（50）：45-46.

[5]龔俊.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性問(wèn)題的分析[J].建材與裝飾，2015（45）：123-124.