高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

文/高履偉 青島騰遠(yuǎn)設(shè)計(jì)事務(wù)所有限公司 山東青島 266000

針對高層不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在著諸多值得借鑒的技術(shù)要點(diǎn)，應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手段以及設(shè)計(jì)思想也十分主要。科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不單單可以令高層不規(guī)則建筑體質(zhì)量得到進(jìn)一步提升，還能確保其擁有較強(qiáng)的實(shí)用性。

1、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型劃分

1.1 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)

第一，凹凸不規(guī)則。針對凹凸過細(xì)來說，其簡單的說是通常狀態(tài)下凸出部分長寬比要大于2.0，抗震設(shè)防烈度在Ⅷ度的情況下該比值應(yīng)當(dāng)控制在1.5 以上；就凸進(jìn)過多而言，其簡單的說是平面凹進(jìn)一側(cè)尺寸不小于百分之三十的投影方向總尺寸；而平面狹長可以理解是平面長寬比保持在6.0 以上，抗震設(shè)防烈度在Ⅷ度的情況下該比值應(yīng)當(dāng)保持在5.0 以上。第二，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。針對位移比不小于1.2 的高層建筑來說，這個時候可以將其當(dāng)成平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。第三，樓板不規(guī)則。針對產(chǎn)生平面樓板不規(guī)則的高層建筑來說，其往往具備如下特點(diǎn)：一是樓層錯層較大；二是采用細(xì)腰形平面；三是開洞面積在該層樓面面積的百分之三十以上；四是有效樓板寬度在開洞凹之后小于該樓層典型寬度的百分之五十。

1.2 豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)

第一，側(cè)向剛度不規(guī)則。大部分狀態(tài)之下很容易致使高層建筑演變成豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，像為了轉(zhuǎn)變?yōu)榭諘绶块g，相關(guān)設(shè)計(jì)者需要在結(jié)構(gòu)頂部將墻和柱去除；結(jié)構(gòu)上部樓層，同時上部樓層水平尺寸的百分之九十不小于下部樓層；倘若結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的實(shí)際高度1 和房屋高度之比不小于0.2 時，那么這個時候上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸應(yīng)當(dāng)大于下部樓層水平尺寸的百分之七十五；與此同時，樓層側(cè)向剛度不大于其上相鄰三層平均值的百分之八十，亦或是不大于相鄰上部樓層的百分之七十。第二，豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。通常水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件會向下傳遞豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力，顯然這也是高層建筑豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)之一。

1.3 其他不規(guī)則結(jié)構(gòu)

第一，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)。從客觀的立場來講，高層建筑當(dāng)中存在著較多的結(jié)構(gòu)，像多塔樓結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)等，這些均可以認(rèn)定其存在結(jié)構(gòu)不規(guī)則；第二，超規(guī)范結(jié)構(gòu)。無論是針對存在新型結(jié)構(gòu)的高層建筑來說，還是就超高結(jié)構(gòu)的高層建筑而言，均可以當(dāng)成其存在結(jié)構(gòu)不規(guī)則，剛才所提及到的新型結(jié)構(gòu)可以理解為是規(guī)范未涉及，積極使用新型技術(shù)、新型材料建造的結(jié)構(gòu)。而提及到的超高結(jié)構(gòu)主要是指大于規(guī)范規(guī)定的最大高度。

2、強(qiáng)化不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性的有效措施

2.1 降低建筑結(jié)構(gòu)偏心距

眾所周知，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)衍生出偏心距問題時，很容易會影響到高層建筑的整體水平。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)者在具體設(shè)計(jì)期間應(yīng)當(dāng)想法設(shè)法地減少建筑結(jié)構(gòu)的偏心距，從根本上將影響因素降到最低，以此來增強(qiáng)建筑的可靠性。為了達(dá)到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的，相關(guān)設(shè)計(jì)者需要科學(xué)處理建筑的整體布局，以便可以快速減少樓層的位移比，增進(jìn)質(zhì)心和鋼心之間的差距。通常情況下，工程中行之有效的手段為：相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)認(rèn)真計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)，并不斷完善與優(yōu)化不規(guī)則平面，緊接著再對調(diào)整以后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度挖掘，直到所有指標(biāo)均滿足相關(guān)要求才可通過。顯然這種手段不但可以得到建筑的質(zhì)心和剛心，而且還能強(qiáng)化高層建筑的安全性。

2.2 對抗側(cè)強(qiáng)度及扭曲剛度進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)

結(jié)合相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn)，振動周期發(fā)生變化時，一定會對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生顯著的影響。將上述理論當(dāng)作參考依據(jù)，出于完善高層建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的目的，相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)把振動周期當(dāng)作研究對象進(jìn)行深度剖析，并在此基礎(chǔ)上充分利用改變振動周期的手段來對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)加以調(diào)整。與此同時，相關(guān)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)剪力墻的過程中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體狀況選擇最為適宜的墻體厚度以及墻體長度，顯然這就中心間距較大的墻體來說是重中之重的。通常情況下，常見的方法有很多，其中一個是在結(jié)構(gòu)邊緣增加一定數(shù)量的梁結(jié)構(gòu)以及柱結(jié)構(gòu)，目的是為了對結(jié)構(gòu)抗扭強(qiáng)度加以優(yōu)化，繼而起到節(jié)約振動時間的作用。除此之外，相關(guān)設(shè)計(jì)者還要想法設(shè)法地優(yōu)化邊緣連續(xù)剛的剛度，不斷完善扭曲剛度。站在理論層面的立場出發(fā)來講，出于強(qiáng)化連續(xù)梁抗剪力的手段能夠在無形當(dāng)中強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的整體性能；從實(shí)際操作層面的角度出發(fā)來看，相關(guān)設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體狀況將剪力墻連梁的截面寬度進(jìn)行延長。上述方法能夠在無形當(dāng)中促使剪力墻梁結(jié)構(gòu)的整體剛度發(fā)揮出應(yīng)有的價(jià)值，同時還能充分保障建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

2.3 提升不規(guī)則結(jié)構(gòu)周邊抗扭構(gòu)件抗剪力

因?yàn)闀诤艽蟪潭壬鲜艿卣痣p向水平的干擾，所以高層建筑難免會衍生出變形的情況。倘若變形處于彈性時期，那么會具有恢復(fù)常態(tài)的可能性，而這個時候不會對建筑的整體結(jié)構(gòu)帶來任何的影響；倘若變形處于非彈性時期，那么這個時候就會導(dǎo)致變形不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。所以，基于地震狀態(tài)之下，為了盡可能減少偏心問題發(fā)生的概率，相關(guān)設(shè)計(jì)員一定要在充分結(jié)合抗震規(guī)范的基礎(chǔ)上做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。

2.4 科學(xué)規(guī)劃不規(guī)則部件，并做好防震措施

和常規(guī)建筑進(jìn)行詳細(xì)對比可以發(fā)現(xiàn)，高層建筑不規(guī)則設(shè)計(jì)存在顯著的繁瑣性且很容易受到各種因素的干擾。所以，相關(guān)設(shè)計(jì)者在具體設(shè)計(jì)期間一定要對影響的相關(guān)因素進(jìn)行充分考慮，以便可以做好切實(shí)可行的規(guī)劃，為后期施工可以有條不紊的進(jìn)行下去提供應(yīng)有的保障。在具體施工期間，一定要靈活運(yùn)用抗震手段，在建筑四周設(shè)置一定數(shù)量的防震縫，這樣做的目的是為了降低地震對房屋產(chǎn)生的不利影響，繼而起到保護(hù)建筑物的作用。

結(jié)語：

綜上所述，隨著高層建筑規(guī)模的日益增加，平面布置不規(guī)則建筑如雨后春筍一般涌現(xiàn)出來，隨之對建筑的穩(wěn)定性提出了諸多的要求，與之相匹配的抗震設(shè)計(jì)工作也存在著較大的難度系數(shù)。如果想要促進(jìn)平面布置不規(guī)則高層建筑的可持續(xù)發(fā)展，那么一定要對相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行深層次的分析，積極探索可行的手段，以此來保障此類建筑的可靠性與安全性。