建筑結構設計不規則性問題探討

摘 要：建筑結構的質量直接影響工程項目的質量，建筑結構中又不可避免的出現不規則性問題，這類問題是質量控制的難點和要點，影響建筑物的安全性和穩定性，對不規則問題研究成為建筑行業的熱點，本文著重探討建筑結構設計中的不規則問題，闡述類型分分類，進而提出一些規避措施，希望能夠為日后研究或者施工過程提供一定的借鑒和指導作用。

關鍵詞： 建筑結構設計；不規則性；分類；應對措施

1 引言

城市進步帶動建筑行業飛速發展，同時人類對建筑物的要求也越來越高，不僅要求建筑物滿足使用要求，還要求建筑物具有一定的美感，因此，傳統的建筑形式已經不能滿足當代人們對造型的要求，各種新穎的、不規則的建筑形狀浮現在人們的生活工作學習中。這些另類建筑形狀的出現，增添了城市建筑的風采，滿足了人們對建筑物美的要求標準。但是，不規則形狀的建筑物設計給設計師帶來了不少困難，該類建筑物的受力計算、材料用量等比較復雜，為保證建筑結構不規則性的持續發展，展開結構設計方面的研究刻不容緩。

2 建筑結構不規則的特點

2.1 平面的不規則性特點

建筑平面上的不規則性主要是指：（1）凹凸不平。建筑表面并不是平整的，在某些位置、拐角等地方，為了滿足美觀或者設計要求，凹陷部位尺寸超過該部分投影的百分之三十。（2）因偏移引起的扭轉量。樓層間不是絲毫不差的，多數情況下，層間都會有一定的位移偏差。（3）樓板鋪設的不規則。因施工不規范引起的樓面結構出現偏差，或者樓板間不連續鋪設，使得建筑物的整體剛度發生變化，出現不規則的起伏。

2.2 豎向的不規則性特點

建筑結構豎向上的不規則性主要是指：（1）側面剛度的不規則。樓層面的不規則剛度計算值不能超過上層樓面剛度值的百分之七十，且不能超過周圍環境中剛度的百分之八十，建筑物的頂層設計比較特殊，拋開頂層設計，其他樓層的收進尺寸不得小于下層樓的百分之二十五。（2）豎向尺寸變化。高層部位的樓層收進位置距離室外地坪標高比樓房整體高度要大，且該層的收進尺寸比下層也要大。（3）樓層受力變化。樓層不斷延伸，樓層受到外力的作用，會改變荷載大小，判定整個樓的受力情況，需要根據實際情況具體確定。

2.3 建筑物自身結構設計的不規則性特點

建筑物自身結構設計的不規則性是因為，在設計時，為了滿足用戶的要求，設計出結構不規則的建筑形狀，亦或者因為建筑材料的原因，設計出不規則的使用部位。

2.4 建筑結構不規則的設計原則特點

有些建筑物并不是一開始就是不規則的，而是在使用過程中，不可避免的受到外界的荷載攻擊，導致受力薄弱的地方出現扭轉，產生位移偏差，或者因為建筑物本身的抗荷載能力不夠，日積月累，從而出現不規則的凹凸變化。在設計過程中，尤其要注意以下幾方面：（1）盡量保證建筑物的偏心距在設計范圍內，防止因偏心距出現較大偏差的情況，導致建筑物的結構出現不規則變化，使建筑物出現扭轉，結構遭到破壞。（2）建筑材料的選擇方面，應該能夠盡量確保建筑物的剛度，防止出現不可避免的外界力附加，導致建筑物發生位移變化，建筑結構受到破壞，引起整個建筑物出現一系列不規則問題。

3 建筑結構設計不規則問題

3.1 偏心距問題

結構的偏心距和發生的扭轉程度有很大的聯系，兩者間的關系可以用線性函數來表示，結構發生扭轉就極有可能出現不規則的形變，設計師可以從控制扭轉現象的發生來入手，研究結構的不規則性問題。控制扭轉的根源就是要研究建筑結構的偏心距問題，因此，把握好偏心距是非常有必要的。設計師在進行結構的規劃設計時，應對建筑物的平面結構和整體布局有一個詳細的分析計算，研究出后期可能出現的位移比例關系，在實際施工中，管理要依據實際情況以及設計階段的計算結果，對施工做出合理的調整，保證結構的抗剪能力盡可能的大，實現結構偏心距盡可能的小，確保建筑結構具有良好的扭轉能力。

3.2 建筑結構的抗側和抗扭剛度間的問題

從實際工程項目經驗可以總結出，建筑的扭轉結構和結構周期之間存在相互變化的關系。設計師需要注意到這一方面的關系變化情況，盡可能的實現降低周期比的效果，提高建筑結構的抗扭能力，在實際工作中，合理設置墻結構的長寬高占比，最大限度的確保結構的抗扭轉能力。

3.3 建筑結構周邊構件設置問題

建筑物在長期的使用期間，會遇見一些不可抗力問題，如地震、海嘯等。倘若建筑結構處在非彈性階段，那么突然遭到外部巨大的沖擊力，會使建筑結構產生嚴重的破壞，因此，在設計時要注意加強結構周邊構件的抗剪能力，防止突發應力產生的破壞。

4 建筑結構設計不規則性問題應對措施

4.1 控制好建筑物的偏心距

經研究發現，建筑物出現扭轉和其偏心距之間有著必然的聯系關系，這種關系可以用線性函數來解釋，設計師在進行建筑結構設計時，要充分考慮建筑物的偏心距對結構的影響，盡量避免因偏心距過大，出現不規則性的結構變化問題。為規避不規則變化，保證建筑物的整體規則性，需要根據線性函數進行合理的調節，使得偏心距盡可能的小，滿足整體性要求，使結構受力均勻分布。控制建筑物偏心距的方式有：（1）詳細計算。在設計時，對建筑物的受力情況盡可能的進行較為精準的細致計算，盡量使計算結果貼近使用過程情況。通過詳細的計算，得出合理的建筑結構受力和空間分布情況，通過圖紙標注，將受力的核心位置突顯出現，以便實際運作過程中，及時控制好偏心距。（2）數據分析。通過數據分析將剛度值不斷地調整，不斷微調偏心距，也便于對距離較遠的抗側立有很好的控制。總之，要通過不斷的計算和調整，控制好偏心距，保證建筑結構的剛度和規則性滿足要求。

4.2 加強建筑物的抗震能力

建筑結構設計可以細化為基礎設計和主體設計，主體設計在整個建筑結構設計中占據主導地位，主體設計合理與否，在很大程度上決定了建筑物的成敗。建筑主體設計尤其不能忽視建筑邊緣構件的設計，建筑邊緣構件構成了建筑整體結構的完整性，是建筑物主體設計中重要的組成部分，建筑結構邊緣構件的受力能力與建筑物的抗剪能力有關。建筑物處在非彈性階段遭受外界沖力較大時，比如，發生突發性的地震災害，特別容易出現偏心距過大的現象，致使建筑結構出現不規則性變化。鑒于此，提高建筑物抗震能力，需要做好建筑結構主體設計中的邊緣構件設計，通過提高抗剪能力，保證建筑物能夠抵御外界的突發應力，使得建筑物具有一定的彈性，確保建筑結構的整體性、規則性。

4.3 設置防震縫

為滿足使用需求和視覺美觀，建筑物的平面通常不具備統一的平整度，但要實現結構上的規則性，適當設置防震縫可以彌補這些不足，防震縫的設置可以將建筑結構分為完整的規則性的空間單。防震縫還可以預防地震等巨大的外界攻擊力對建筑物產生的破壞影響，當建筑物兩側結構偏差較大時，遇到地震會產生撕裂破壞，防震縫的設置可以減輕地震對建筑物的整體破壞。此外，隨時間延伸或者周圍施工的影響，建筑物不可避免的會出現沉降變形，這時，設置的防震縫還可以替代沉降縫發揮其功能。

4.4 加強結構的抗扭能力

建筑結構的抗扭能力在實際應用中具有重大作用，發生扭轉變形是結構破壞最為嚴重的形式之一。產生不規則變形的因素很多種，設計師在進行工作時，需要把握好這些因素的影響，提高結構的抗扭轉能力甚是重要。有研究表明，抗扭承載力會隨著附加扭矩的增加而增大，抗扭力和偏心距間又有密切的關系，因此，通過設置結構的抗扭能力，也可以實現結構不規則性的約束。

4.5 加強結構的抗側剛度性能

為解決建筑結構中不規則性問題的不利影響，可以通過加強結構的抗側剛度性能來實現，大量的實驗數據表明，兩者之間有著必然的聯系關系。具體分析，結構的扭轉現象和自身的震動周期，可以通過一個平方值函數公式來描述，設計師在設計受力方案時，可以利用好這一規律，合理計算出結構的受力情況，通過函數比例關系降低結構的自身診斷時間，利用現代科技手段進行精準的數學計算，合理設置并修改建筑墻體的長度、高度，實現結構的剛度距離墻體的中心盡可能的遠，同時，采用加固墻體邊緣結構的方法，對結構的震動周期進行合理規劃，這樣既可以強化結構的抗側剛度性能，還可以提升建筑物的整體剛度。

5 結束語

城鎮化速度加快，人類生活質量提高，進而對周圍居住環境的要求逐步提升，傳統規則性的建筑不再滿足居民的生活要求，各式各樣的建筑結構形式出現在人們的視線里，不規則建筑結構滿足了人類要求，提升了視覺美感，還為人們生活和工作帶來了極大的滿足感。然而，不規則建筑結構給設計師的工作也來了不少的難題，加大了設計師的工作難度，對工作者的技術水平要求也相對較高，為滿足專業要求，設計出符合實際的建筑結構，這就要求設計師需要不斷的鉆研學習，借鑒先進的思想，總結工作中的實戰經驗，對不規則結構形式進行全面充分的分析和總結，努力提高設計質量，加強行業間的相互交流，共同促進我國建筑行業的完善和向前推進。

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作者簡介：

羅坤生（1984.10--）；性別：男，籍貫：四川省安岳縣人，學歷：本科，畢業于西南大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：結構工程。