高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的研究和應(yīng)用

文/杜熹 重慶燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 重慶 400020

在高層建筑房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，受外界多種因素的影響，房屋建筑結(jié)構(gòu)往往會(huì)呈現(xiàn)出不規(guī)則的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在部分建筑樓板的不規(guī)則設(shè)計(jì)、建筑剛度不規(guī)則、建筑凹凸不規(guī)則等方面。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅能夠提升房屋建筑設(shè)計(jì)的視覺(jué)效果，而且還能夠增強(qiáng)整個(gè)房屋的安全性、穩(wěn)定性。為此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要相關(guān)人員在準(zhǔn)確判斷建筑設(shè)計(jì)不規(guī)則性的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

1、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分考慮周圍施工環(huán)境、氣候條件以及影響施工等各類因素，在綜合分析各類因素的基礎(chǔ)上對(duì)建筑房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而滿足人們對(duì)房屋建筑使用功能和外觀的需求。在建筑行業(yè)的深化下，高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為當(dāng)前房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，這種不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)一般體現(xiàn)在其平面和垂直受力，即在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候設(shè)計(jì)人員需要及時(shí)找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則點(diǎn)，之后圍繞這個(gè)不規(guī)則點(diǎn)來(lái)對(duì)整個(gè)建筑規(guī)模、方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分類

2.1 建筑自身結(jié)構(gòu)的不規(guī)則設(shè)計(jì)

建筑自身結(jié)構(gòu)的不規(guī)則設(shè)計(jì)具體是指在建筑結(jié)構(gòu)初始設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了能夠確保建筑造型的獨(dú)立、穩(wěn)定而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行不規(guī)則設(shè)計(jì)。從建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計(jì)操作來(lái)看，不同結(jié)構(gòu)建筑的材料擺放和使用不同，會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。

2.2 建筑豎向結(jié)構(gòu)的不規(guī)則設(shè)計(jì)

第一，建筑側(cè)向剛度的不規(guī)則。不同樓層的建筑，其側(cè)向剛度不同，在受到豎向荷載影響的時(shí)候，樓層軸向會(huì)出現(xiàn)不同程度的形變。建筑側(cè)向剛度不規(guī)則的判定標(biāo)準(zhǔn)是目標(biāo)層剛度和上層剛度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。第二，建筑豎向構(gòu)件抗側(cè)力的不規(guī)則。建筑豎向構(gòu)件抗側(cè)力的不規(guī)則的判定標(biāo)準(zhǔn)是不同位置房屋結(jié)構(gòu)在構(gòu)建的時(shí)候，縮進(jìn)差異超過(guò)25%，外墻差異超過(guò)10%。第三，建筑樓層承載力發(fā)生突變的不規(guī)則。臨近樓層建設(shè)的過(guò)程中，在外力作用下房屋建筑結(jié)構(gòu)承載力會(huì)發(fā)生不規(guī)則的變化。

2.3 建筑平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則設(shè)計(jì)

第一，凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。建筑平面凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判定標(biāo)準(zhǔn)是建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)去的尺寸要投影方向上的尺寸大30%左右。第二，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。建筑平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判定標(biāo)準(zhǔn)是建筑物內(nèi)部每個(gè)樓層的最大彈性水平位移要比樓層兩邊的彈性位移表達(dá)大至少1.2 倍。

3、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 某高層建筑概述

在某電視臺(tái)大型建筑中，支柱的基本結(jié)構(gòu)以兩棟傾斜大樓為主，在懸空180 的位置上向外延伸10m 左右，使得房屋結(jié)構(gòu)在正面上呈現(xiàn)出“0”型狀態(tài)，在側(cè)面上呈現(xiàn)出“S”型結(jié)構(gòu)。在對(duì)該建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱四軌蛟鰪?qiáng)建筑性能，應(yīng)用了不規(guī)則設(shè)計(jì)理念。

3.2 減少建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距離

高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)應(yīng)用的第一步是采取有效措施減少建筑物結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距離。從實(shí)際施工情況來(lái)看，高層建筑扭矩效應(yīng)和偏心距離之間呈現(xiàn)出的是一種線性關(guān)系。因而想要確保高層建筑的扭矩效應(yīng)，需要采取措施減少建筑物的位移數(shù)值，加強(qiáng)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)偏心距離的控制。

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作的時(shí)候，施工人員需要應(yīng)用一定的模型來(lái)計(jì)算出高層建筑的質(zhì)量中心和剛度中心，強(qiáng)化對(duì)建筑物整體結(jié)構(gòu)剛度分布情況的細(xì)化分析，從而減少高層建筑物之間的偏心距離。

3.3 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)、抗扭剛度比

高層建筑扭矩效應(yīng)和高層建筑的結(jié)構(gòu)周期存在密切的關(guān)聯(lián)，二者呈現(xiàn)出線性關(guān)系，因此通過(guò)減少建筑結(jié)構(gòu)周期能夠降低高層建筑的扭矩效應(yīng)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中為了能夠增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性，需要施工設(shè)計(jì)人員采取有效措施加大高層建筑結(jié)構(gòu)的剪力墻面積和厚度，從而在一定程度上減少高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期。

3.4 在高層建筑結(jié)構(gòu)中適當(dāng)增加防震縫

高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以平面形狀為主，但是在實(shí)際操作中受多種因素的影響使得平面結(jié)構(gòu)無(wú)法正常構(gòu)建。在防震縫的作用下則是能夠?qū)⒔ㄖY(jié)構(gòu)演變?yōu)橐环N單元結(jié)構(gòu)，通過(guò)應(yīng)用不同的建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念能夠進(jìn)一步發(fā)揮出防震縫在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用。

3.5 強(qiáng)化高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗剪力

高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)影響整個(gè)房屋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗震性，為此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要相關(guān)人員應(yīng)用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)強(qiáng)化整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保高層房屋建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈的振動(dòng)下依然保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。而想要強(qiáng)化整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能需要增強(qiáng)高層建筑抗扭構(gòu)件的承載力。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在建筑行業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提升下，人們對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題予以了更多的關(guān)注，結(jié)合社會(huì)發(fā)展對(duì)高層建筑施工設(shè)計(jì)提出的要求，我國(guó)傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念需要及時(shí)改變。不規(guī)則設(shè)計(jì)作為一種新型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，不僅能夠增強(qiáng)整個(gè)房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性，而且還能夠進(jìn)一步提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的美觀度，使得設(shè)計(jì)出的高層房屋建筑更受人們歡迎。為此，結(jié)合高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本內(nèi)容和具體分類，相關(guān)人員要從減少建筑結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏心距離、優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)和抗扭剛度比、增加防震縫、強(qiáng)化高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗剪力等方面思考怎樣優(yōu)化高層建筑的不規(guī)則設(shè)計(jì)，旨在能夠更好的促進(jìn)高層建筑建設(shè)。