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

文/王振雄、景其增 中機(jī)中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

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

文/王振雄、景其增 中機(jī)中聯(lián)工程有限公司 重慶 400039

【摘要】近年來隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市建設(shè)用地趨于緊張，在此背景下高層建筑便引起人們的青睞與廣泛關(guān)注。再加上人們對建筑審美觀念的提高，越來越多的高層建筑開始突破傳統(tǒng)而是用不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。然而不規(guī)則結(jié)構(gòu)的應(yīng)用給設(shè)計(jì)人員帶來的極大的挑戰(zhàn)，因此本文重點(diǎn)針對當(dāng)前常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)、特點(diǎn)展開研究，探討在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意的要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；不規(guī)則性；研究與應(yīng)用

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一直是建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一，在以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要考慮適用性、安全性以及可靠性，但近年來隨著人們對建筑物審美觀念的改變，不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu)逐漸受到人們的青睞，這也給設(shè)計(jì)人員的工作帶來了更多的挑戰(zhàn)[1]。因此，研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不規(guī)則結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分必要。

一、不規(guī)則結(jié)構(gòu)的類型分析

建筑設(shè)計(jì)界對不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行了具體的分類，一般將其分為平面不規(guī)則與豎向不規(guī)則兩種。平面不規(guī)則中又包括凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板部分不連續(xù)等；而豎向不規(guī)則又包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不連續(xù)以及樓層載荷力突變等。

（一）平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型

在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，結(jié)構(gòu)樓層最大的水平位和層間位移超過該樓層平均值的1.2倍，或者結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比大于0.9，那么可以將這類結(jié)構(gòu)歸為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)平面凹進(jìn)或凸出一側(cè)的尺寸，大于相應(yīng)投影方向上總尺寸的35%，或者結(jié)構(gòu)平面中部兩側(cè)收進(jìn)的總尺寸超過平面寬度的50%，那么這種結(jié)構(gòu)被稱為凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。若結(jié)構(gòu)樓板在任一方向的最小凈寬小于5米且開洞后每一邊的凈寬小于2米，那么稱這種結(jié)構(gòu)為樓板的不連續(xù)結(jié)構(gòu)。

（二）豎向不規(guī)則分析

結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度比其相鄰上一層的小70%或者比相鄰的上部三個樓層側(cè)向剛度平均值小80%；另外，除頂層以外的其他樓層的局部收進(jìn)水平向尺寸比其相鄰下一層超出25%；那么我們可以稱這種結(jié)構(gòu)為側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)。若某結(jié)構(gòu)中樓層質(zhì)量比其相鄰下一樓層的質(zhì)量大1.5倍，那么這種結(jié)構(gòu)可以稱為樓層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)。若某樓層間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力比其上一樓層小80%，那么則可以稱這一結(jié)構(gòu)為樓層載荷力突變結(jié)構(gòu)。

二、現(xiàn)階段高層建筑用不規(guī)則設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)及現(xiàn)狀

（一）高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

從上文中分析發(fā)現(xiàn)，高層建筑常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)有平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)和豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)兩種，且這兩種結(jié)構(gòu)各有不足之處。

第一，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析。從建筑設(shè)計(jì)角度考慮，采用平面不規(guī)則設(shè)計(jì)的建筑物的平面質(zhì)量、平面剛度、平面形狀都會出現(xiàn)偏心。這種情況下，建筑的施工及其建筑物的安全性都會受到很大影響。

第二，從建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐來看，凡不規(guī)則結(jié)構(gòu)的高層建筑項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)和施工難度以及造價都高于其他普通高層建筑結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。而且，在建筑物受到地震等自然災(zāi)害時，往往會受到更大程度的破壞，損失較大。

但不規(guī)則結(jié)構(gòu)并不是只有不足，其之所以在最近幾年受到人們的青睞，證實(shí)因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)與普通結(jié)構(gòu)相比仍有許多可取之處。

第一，符合新時代人們的審美觀念，使得城市面貌更加獨(dú)樹一幟，能夠最大限度的體現(xiàn)出城市的個性化及與眾不同，進(jìn)而極大的滿足了人們對于現(xiàn)代精神文明的不懈追求。

第二，改變了人們的固有觀念，使得人們不再固守傳統(tǒng)的對稱、協(xié)調(diào)以及均勻等對建筑物的審美觀念，鼓勵了人們追求個性化、別致、新穎，極大的改變了現(xiàn)代建筑的風(fēng)格，為推動當(dāng)代建筑藝術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

（二）現(xiàn)階段不規(guī)則高層建筑設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

當(dāng)代眾多城市建筑都嘗試采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且就實(shí)踐成果來看，效果明顯，所建成的建筑受到人們的廣泛推崇，掀起了一股建筑行業(yè)發(fā)展的新熱潮。

然而，仍然有部分建筑對不規(guī)則設(shè)計(jì)的應(yīng)用不成熟，極大的增加了建筑施工的難度及成本，增大了建筑物的使用風(fēng)險(xiǎn)，故而我們需要了解不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意的問題。

三、不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題及措施

在不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高層建筑建設(shè)過程中，除了要嚴(yán)格按照施工圖紙、相關(guān)行業(yè)規(guī)章制度、行業(yè)規(guī)范等進(jìn)行施工外，我們還需要針對不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特性，采取相應(yīng)的措施。

（一）提高空間和地面應(yīng)用的合理性

合理有效的利用建筑施工區(qū)域的空間及地面，能夠使建筑物在空間和平面結(jié)構(gòu)上保持對稱，這樣建筑物便不會出現(xiàn)較大的偏心作用，其建筑物穩(wěn)固性自然得意大大提高，因此在進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)高層建筑施工時，合理利用空間和地面面積十分重要。

（二）使高層建筑結(jié)構(gòu)相對偏心距保持在合理范圍內(nèi)

不規(guī)則結(jié)構(gòu)高層建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)偏高，而扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與高層建筑結(jié)構(gòu)相對偏心距存在線性關(guān)系，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)施工時要使高層建筑結(jié)構(gòu)相對偏心距保持在合理范圍內(nèi)。需要做到：設(shè)計(jì)規(guī)劃時反復(fù)計(jì)算高層建筑的每個結(jié)構(gòu)，確保計(jì)算結(jié)果正確無誤，然后對建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則平面布局進(jìn)行調(diào)整，確保布局準(zhǔn)確有效，最后還需要經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人士對設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算驗(yàn)證，以確保將建筑結(jié)構(gòu)剛度及分布情況了然于心[3]。總之，要盡一切可能將高層建筑結(jié)構(gòu)相對偏心距保持在合理范圍內(nèi)。

（三）提高高層建筑結(jié)構(gòu)周邊抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的抗剪力

在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，可以根據(jù)抗震規(guī)范及建筑結(jié)構(gòu)看抗震性能，合理增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)周邊抗扭轉(zhuǎn)構(gòu)件的抗剪力，進(jìn)而提高抗剪強(qiáng)度，避免高層建筑在較大外力作用下而出現(xiàn)形態(tài)改變的現(xiàn)象。

（四）提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度

設(shè)計(jì)剪力墻時，科學(xué)合理的調(diào)節(jié)有效區(qū)域內(nèi)剪力墻的長度、厚度，從而是高層建筑主體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得到改進(jìn)，進(jìn)而降低建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。另外，設(shè)計(jì)時也可以合理的應(yīng)用防震縫，以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

結(jié)語：

總之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑項(xiàng)目建設(shè)的重要工作內(nèi)容之一，而且采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會對建筑的穩(wěn)固性產(chǎn)生較大影響，因此需要針對這一問題展開詳細(xì)的研究，并采取有效的措施以降低不規(guī)則結(jié)構(gòu)帶來的不良影響。本文重點(diǎn)闡述了在進(jìn)行高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意的問題，以此為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供借鑒。

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