建筑結構設計不規則性的研究與應用

陳樹良

摘 要：隨著城市化進程的逐步加快，城市中的高層建筑也是越來越多。其中，各種不規則的結構設計也變得越來越普遍。本文主要對建筑結構設計中不規則問題展開討論，希望能夠為未來的建筑設計工作提供相關的理論支持。建筑結構設計中的不規則結構問題包括結構的合理剛度、建筑空間的有效利用等，同時還討論了建筑結構設計中的不規則問題的實際應用情況。通過相關的分析可以發現，建筑設計中的不規則框架結構能夠有效的滿足建筑的抗震要求，在實際應用中取得了比較好的效果。

關鍵詞：建筑結構設計；不規則；研究；應用

中圖分類號： TU318 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-94-2

0 引言

在進行建筑的建造過程中往往會由于相關環境以及地質條件的限制而導致建筑體呈現出不規則的形狀，一些不對稱的建筑結構也比較常見。

比如說著名的中央電視臺大樓就是一個典型的不規則建造體，盡管如此，但是它卻真實的體現設計者獨具一格的設計理念。

同時，不規則建筑在受力上能夠影響建筑設計工作的開展，會造成建筑結構在水平方向上的偏心側力，會產生一定強度的變形力以及扭轉力，造成建筑結構抗側力的降低，增加建筑的建造成本。

所以說在進行具體的實踐時還是應該注意盡最大可能的保持建筑結構的對稱，因為這樣是提高建筑抗側力的重要基礎條件，有效的提高建筑物的安全系數和使用壽命[1]。

1 不規則建筑的發展現狀

隨著科學技術的進步以及在建筑領域設計理念的更新，近些年來，我國的建筑行業也有了巨大的發展。我國的城市化進程很大程度上促進了建筑行業的快速發展，各種不同的建筑設計新理念也廣泛的應用在城市建筑中。現在城市建筑已經一改往日的單調與規則，開始追求符合新時代審美的建筑設計風格，其中不規則建筑以及非對稱建筑都得到了極大的發展。

現在，許多大城市中的一些建筑因其獨特的建筑風格贏得人們的普遍關注，比如說比較出名的“東方之門”等。當然在這些建筑的背后是建筑師和相關的設計人員們辛勤努力的結果。但是，雖然不規則結構設計能夠很大程度上提高建筑的美感，但是，這也會在很大程度上提高建筑設計的難度，如何設計獨具一格而又能夠保證建筑安全的不規則建筑已經成為了建筑行業未來發展的重要研究課題。

2 建筑結構中的不規則類型分類

對于建筑結構來講，一般能夠分為以下的兩類，包括平面不規則結構和豎向不規則結構。平面不規則結構類型主要包括以下的幾類：平面凹凸的不規則性、扭轉的不規則性以及個別樓板的不連續等幾類；豎向的不規則主要包括樓層承載力的突變、側向剛度的不規則性以及豎向抗側力的結構構件不連續等。本文主要是選擇兩種設計工作中比較常用的不規則結構進行分析介紹。

2.1 對平面不規則結構類型的判斷

首先，對于扭轉結構來講對其不規則的判斷根據主要是在每一樓層的最大限度彈性水平唯一尺寸必須是超過緊鄰樓層兩個端點之間彈性水平位移的1.2倍，也可以對最大層間位移進行考察，必須保證超過層間平均位移值的1.2倍。其次，對于凹凸結構的不規則形判定指標為凹進去一側的數量是否超過其投影尺寸的總長度的30%。再次是對于樓板局部結構的不連續性的判定標準主要是根據相關樓層平面剛度以及樓板尺寸所發生的急劇變化程度。

2.2 對于豎向不規則結構類型的判斷

首先，應該對建筑結構側向剛度的不規則形進行判斷，對于此種類型建筑進行判定的標準為樓層之間的側向剛度低于相鄰上一樓層側向剛度的70%，如果該樓層的剛度值小于以上三個樓層側向剛度平均值的80%也可以做出這種判定。同時，樓層個別區域水平收縮的長度應該超過與之相鄰樓層的25%。其次，對于樓層之間承載力的突變標準為樓層之間的受剪力強度低于與緊鄰上一樓層剪力強度的80%。再次是對于建筑結構豎向抗側力結構不連續的判定指標為在豎直方向上抗側力構件能否通過水平力的轉變而不斷向下部樓層傳遞。最后對于樓層之間質量的突變標準為樓層質量應該超過相鄰下一層質量的1.5倍[2]。

3 對于不規則建筑結構設計的主要方法

在實際的建筑結構施工過程中，根據有關人員的研究以及實驗可以發現，那些抗震能力不強的建筑結構主要是一些結構不規則的建筑物，還包括一些建筑物質量與剛度發生偏離的建筑，根據相關的研究還可以看出，對建筑結構產生穩定性最大影響的是扭轉效應以及扭轉結構。

所說在具體進行建筑結構的設計與施工工作時應該盡量的對結構的扭轉效應進行限制，建筑工程中最普遍用來限制建筑結構扭轉效應的辦法主要包括以下的幾類：

第一，如果建筑結構的某一部分比較弱就很有可能會導致建筑結構之間的錯位，所以說，提高建筑結構的扭轉剛度可以從這一方面入手；

第二，要想提高建筑結構的抗扭轉效應應該盡可能的降低建筑結構在平面上的不規則性，這樣進行設計能夠在一定范圍內對可能產生的過大偏心力進行限制，提高建筑物的扭轉效應力度。在進行建筑結構的設計時如果兩種效應扭轉周期逐漸接近，由于震動耦連的作用，建筑物的扭轉效應會在一定程度上增大，所以對于建筑結構而言，降低扭轉效應是保證建筑穩定性的重要方面，主要包括以下幾個方面：

對于建筑結構平面不規則性的設計應該是在一定計算分析的基礎上做出，根據相關的計算確定建筑結構的剛心以及質心，并且同時還應該注意根據相關的數據以及相關的工作經驗來對建筑結構的剛度分布進行分析，然后適當的對距離質心比較遠的抗側力構件進行調整。

在進行建筑設計時應該注意降低建筑體的偏心距，根據有關的數據可以得知，建筑體結構的扭轉效應與其相對偏心距之間存在一定的關系。可以通過降低樓層之間的位移比來改變建筑結構的扭轉效應，所以在進行設計時應該對建筑物的平面位置進行適當的調整，這樣能夠有效的減少建筑結構質心與剛心之間的距離，使兩者盡可能的重合。

對周邊抗扭構件的抗剪切力進行提高，如果想要保證建筑結構在強烈震動下的安全，如果僅僅對建筑物的結構作出調整還是不夠的。根據有關技術人員的研究可以發現，處于非彈性時期的建筑結構，如果受到雙向水平震動的作用很有可能造成建筑結構的偏心現象[3]。

對于建筑結構抗扭剛度比以及抗側剛度進行調整，根據有關的研究成果可以發現，對于建筑結構來講，其扭轉效應與結構周期之間比值的平方是具有線形關系，所以說在進行建筑結構的設計時應該注意合理的降低建筑結構施工周期。比如說在進行剪力墻的施工時，應該在保證建筑工程穩定、安全的前提下適當的增加周邊相關剪力墻的厚度，尤其是對于那些距離剛心最遠的剪力墻。

合理的設置防震縫，在進行工程施工時可能會遇到一些平面形狀比較復雜的建筑工程，由于在進行這一類建筑結構的設計時會受到相關地形條件的限制，所設計的平面結構往往是不規則的，通過合理的設置防震縫不僅能夠有效的將相關的建筑結構分割成一些比較簡單的單元，同時還能有效的提高建筑結構的穩定性。

4 結語

不規則建筑結構在現代城市建筑中越來越普遍，不規則結構對于建筑工程質量建設也具有越來越重要的地位。但是現階段的不規則建筑結構應用中依然是存在一定的問題。所以，相關的研究人員應該加強對于不規則結構的研究，在滿足現代人多樣化需求的同時盡量的降低不規則結構的負面影響。

參 考 文 獻

[1] 龔俊.建筑結構設計不規則性問題的分析[J].建材與裝飾，2015（45）：123-124.

[2] 陳孝超.不規則建筑結構設計中結構設計問題[J].城市建筑，2015（29）：59.

[3] 賀躲.對建筑結構設計不規則性問題的分析[J].低碳世界，2014（18）：254-255.