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

沈玲華 （浙江科技學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310023）

現(xiàn)階段，影響建筑工程建設(shè)的因素有很多，如工程造價、建筑空間和自然條件等。這些影響因素都會致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一些不規(guī)則現(xiàn)象。不規(guī)則的主要表現(xiàn)是平面布局設(shè)計的不規(guī)則性，垂直受力和水平受力，建筑的抗重荷和延展性的能力等，在建筑實際工作中對科學(xué)的分布圖予以繪制，這樣可以防止在今后的設(shè)計和施工中出現(xiàn)不好的影響，在設(shè)計中加大不規(guī)則性研究力度可以就建筑建設(shè)中較為薄弱的環(huán)節(jié)展開調(diào)整，這有利于提升建筑的可靠性與安全性。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則的概述

現(xiàn)階段，隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，城市化趨勢日益明顯，因此社會大眾對建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求越來越嚴格，人們在不僅要求確保建筑安全，同時還對其美觀性提出了要求。在此社會背景下，建筑設(shè)計行業(yè)得以迅速發(fā)展，基于此，建筑設(shè)計人員既要在平面中落實建筑設(shè)計，同時還要及時補充和更新自己的知識體系，唯有如此，才能使人們對建筑設(shè)計的需要得到滿足。現(xiàn)階段，我們正處于一個個性化張揚的時代，人們希望自己居住在一個充滿個性、特色的建筑物中，因此，建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性得以充分彰顯。盡管這些建筑風(fēng)格的外觀十分特別，在一定程度上提高了城市的整體面貌，但是對建筑設(shè)計和建設(shè)的要求也越來越為嚴格，建筑的設(shè)計和施工人員應(yīng)更多的精力投入在技術(shù)上，同時也會顯著增加建筑建設(shè)成本。

2 高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的類型

立足于結(jié)構(gòu)類型而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則行種類主要分為兩種類型，即平面不規(guī)則類型和豎向不規(guī)則類型。其中平面不規(guī)則類型主要包括：建筑結(jié)構(gòu)的樓板連續(xù)性的缺乏、凹凸不規(guī)則、建筑平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則扭轉(zhuǎn)等結(jié)構(gòu)種類；而豎向不規(guī)則種類則包含：樓層承載力突變、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不規(guī)則、側(cè)向剛度不規(guī)則等結(jié)構(gòu)類型。

2.1 平面不規(guī)則的類型

高層建筑平面結(jié)構(gòu)的不規(guī)則行主要體現(xiàn)在樓板局部不連續(xù)、凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等方面。首先，樓板結(jié)構(gòu)連續(xù)性的缺乏主要原因是因為建筑結(jié)構(gòu)的平面和樓板面積出現(xiàn)的劇烈變化導(dǎo)致的。其次，不規(guī)則的凹凸在借助建筑結(jié)構(gòu)的投影尺寸上得以體現(xiàn)，同時其平面結(jié)構(gòu)凹進的面積在30%以上。最后平面不規(guī)則扭轉(zhuǎn)主要是立足于每層樓房結(jié)構(gòu)的兩端存在的彈性水平位移量展開判斷，若是樓層結(jié)構(gòu)的水平位移量在平均值的1.2倍以上，那么建筑樓層結(jié)構(gòu)就會發(fā)生不規(guī)則扭轉(zhuǎn)。

2.2 豎向不規(guī)則的類型

第一，側(cè)向剛度的不規(guī)則，衡量措施是該流程的側(cè)向剛度值在挨著上層樓層的70%以內(nèi)；其次，豎直方向結(jié)構(gòu)抗側(cè)列位置沒有連貫性，衡量措施是結(jié)構(gòu)受力是通過水平設(shè)施展開輸送的；再者，樓層的承載力有明顯的改變，它的衡量措施是層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪程度在一層中；最后，樓層間的重力改變特別明顯，它的衡量措施是樓層重量超過下層1.5倍。

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則的使用依靠研究人員的研究得出，在出現(xiàn)地震的情況時，平面分布不均勻是建筑結(jié)構(gòu)破壞得最厲害的區(qū)域，在全部結(jié)構(gòu)的重點和剛度作用偏差很大或者扭轉(zhuǎn)剛度太小的結(jié)構(gòu)也有十分強烈的損毀。通過研究分析可知，扭轉(zhuǎn)作用和地震造成的水平晃動豎直作用相比，其對建筑有著更嚴重的損毀作用，這就需要有關(guān)的設(shè)計人員在對高層建筑結(jié)構(gòu)展開設(shè)計時，要大力控制主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，能夠挑選以下方式控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：第一點，最大化保持平面和空間上的對稱性，確保其的分布規(guī)章性，避免較大偏心作用的出現(xiàn)，從而將主體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)科學(xué)減少。其次，在建筑結(jié)構(gòu)有效的范圍內(nèi)，把建筑扭轉(zhuǎn)剛度值大小的最大化提升，提升扭轉(zhuǎn)作用下的抵抗能力。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的應(yīng)對措施

廣大技術(shù)人員通過全面研究分析高層建筑中呈現(xiàn)出的不規(guī)則行后，其在地震中發(fā)生建筑結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象，諸多都是建筑自身的不規(guī)則發(fā)生了損傷，而研究人員在就此方面展開深層次的研究后，發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效益是造成建筑結(jié)構(gòu)受到破壞的關(guān)鍵因素，所以建筑工程在開展不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候一定要限制其中存在的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，而一般常用的限制方式有下面幾點：

2.1 盡可能降低高層建筑結(jié)構(gòu)相對偏心距

根據(jù)有關(guān)的分析和調(diào)查，高層建筑結(jié)構(gòu)中的扭效應(yīng)與相對偏心距在某些范圍中展現(xiàn)出線性函數(shù)關(guān)系，換言之，將樓體間的位移減少可以使主體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所產(chǎn)生的不良影響減少。對此，應(yīng)適當?shù)恼{(diào)整偏心距，這樣就可以使結(jié)構(gòu)的空間和平面的整體分布改善，可以增強結(jié)構(gòu)之間的安全性和穩(wěn)定性，在建筑施工時可以運用有效措施適當調(diào)整相對偏心距。首先要精確的計算具體的數(shù)據(jù)，立足于計算出的具體數(shù)值將一個合理的調(diào)整方案制定出來，同時還要把相對偏心距的位置明確的標在設(shè)計圖紙上，要全面、詳細地分析相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，唯有如此，才可以更好地對高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計予以規(guī)劃，確保其的合理性，這樣就能更為準確的調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的偏心距。

2.2 按照現(xiàn)實情況提升建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度與抗扭剛度

按照有關(guān)的分析情況得出，高層主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)自我振動周期的扭轉(zhuǎn)情況與平方值中需要擁有線性的函數(shù)關(guān)系。所以，在高層結(jié)構(gòu)研究時，能夠把建筑的結(jié)構(gòu)自我診斷的時間長短科學(xué)的減少，從而讓高層主體結(jié)構(gòu)能夠變小。在對有關(guān)的剪刀墻進行研究時，能夠根據(jù)改變墻體的大小的目的，在實際操作中把高層建筑的主體結(jié)構(gòu)邊緣裝置柱梁的情況進行變化，從而讓高層主體的自我振動時間減少，同時，改變邊緣梁值提高也能發(fā)揮調(diào)整作用。

2.3 將高層主體結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的抗剪強度合理增強

若是只對高層建筑主體結(jié)構(gòu)的分布進行協(xié)調(diào)，就不能獲得十分理想的設(shè)計效果，只要所發(fā)揮的額外力作用較大，它的主體結(jié)構(gòu)就可能被永久破壞。通過有關(guān)研究人員的深入分析，發(fā)現(xiàn)如果是高層建筑在長時間中在非彈性階段，最開始有規(guī)則的建筑在多種地震的破壞下就會出現(xiàn)改變，從而出現(xiàn)偏心的缺陷。要讓高層主體結(jié)構(gòu)抗震性能得到有力的保障，就一定要把邊緣構(gòu)件的抗剪強度科學(xué)的提升，從而就算整體結(jié)構(gòu)受到了較大的外力作用，也會受到自身彈性的影響，回到正常狀態(tài)。

2.4 設(shè)置防震縫

在對高層不規(guī)則建筑形式進行設(shè)計的時候，常常會對一些復(fù)雜性較強的架構(gòu)的平面形狀進行應(yīng)用，在實際情況的影響下，不能對規(guī)則的平面建筑結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)置，所以，借助防震縫將建筑結(jié)構(gòu)有效的轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚慕Y(jié)構(gòu)單元。在高層建筑設(shè)計中對不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行應(yīng)用的時候，防震縫的的意義和作用極為顯著。若是存在不同應(yīng)用的地震反應(yīng)效應(yīng)、各種體系結(jié)構(gòu)的兩側(cè)防震縫，需要立足于實際寬度對設(shè)計防震縫展開實際研究。如果存在較大沉降的相鄰基本結(jié)構(gòu)，防震縫能夠當成沉降縫。

3 結(jié)語

在工程建設(shè)施工時，高層建筑的不規(guī)則會對樓體結(jié)構(gòu)的平面分布造成影響，要在設(shè)計施工中第一時間改進較為薄弱的環(huán)節(jié)，這樣才可以使其安全性得到保證。在建筑設(shè)計施工中設(shè)計人員要對設(shè)計的合理性予以增強，運用新理念、新技術(shù)，盡可能使結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性帶給建筑的消極影響減少，這樣可以使建筑美觀得到保證的同時，促進建筑質(zhì)量的提高。