高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計微探

溫東霞

摘要：本文研究高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計，介紹不規(guī)則結(jié)構特點，給出優(yōu)化設計方案的具體措施，供相關人員借鑒參考。

關鍵詞：高層建筑;不規(guī)則結(jié)構;偏心距

高層建筑功能的豐富促使其結(jié)構朝向多樣化發(fā)展，不規(guī)則建筑結(jié)構頻繁出現(xiàn)于現(xiàn)代高層建筑產(chǎn)品中，為確保高層建筑建設質(zhì)量，需對不規(guī)則結(jié)構設計經(jīng)驗進行總結(jié)。

一、高層建筑不規(guī)則結(jié)構

高層建筑不規(guī)則結(jié)構可分為平面不規(guī)則結(jié)構、豎向不規(guī)則結(jié)構和超規(guī)范結(jié)構。（1）平面不規(guī)則結(jié)構。①若結(jié)構位移比超過1.2，則視為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構。②平面長寬比較大，當抗震設防烈度在5-7度，長寬比高于8，當抗震設防烈度為8度，長寬比高于5;凹進大，某側(cè)尺寸超過投影方向尺寸35%;凸出部分過細，長寬比高于2。以上三種情況被視為凹凸不規(guī)則結(jié)構。③樓板連續(xù)性不足，例如樓板開洞面積過大，己達到總面積的1/3以上，或樓板呈現(xiàn)為沙漏型，也可被劃分為平面不規(guī)則結(jié)構。（2）豎向不規(guī)則結(jié)構。豎向剛度不規(guī)則結(jié)構包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)、樓層承載力突變等形式。其中，豎向剛度不規(guī)則結(jié)構指的是除建筑頂層外，其他樓層側(cè)向剛度與上相鄰樓層之間差距不足70%、與上間隔樓側(cè)之間差距不足80%的結(jié)構。豎向抗側(cè)力構件不連續(xù)指的是豎向構件位置縮進超過25%、外挑超過lO%及4m、墻柱等結(jié)構上下不連續(xù)、存在加強層等結(jié)構的情況。樓層承載力突變指的是A級不規(guī)則建筑受剪承載比低于0.8、B級低于0.5的情況。（3）超規(guī)范結(jié)構。超規(guī)范結(jié)構指的是高層建筑自身結(jié)構不規(guī)則，如超高、超限等情況，即建筑結(jié)構高度、限值超出合理范圍。另外，采用新型建筑材料、施工工藝的結(jié)構也可能成為超規(guī)范結(jié)構，其結(jié)構規(guī)范在常規(guī)體系中無法找到。由于建筑結(jié)構無法在現(xiàn)有建筑規(guī)范體系中找到理論依據(jù)，缺少可參考的建筑經(jīng)驗，因此其是否被劃定為不規(guī)則結(jié)構不受平面設計及立面設計合理性的影響[1]。

二、高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計優(yōu)化

（一）偏心距調(diào)整

高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計應盡可能降低偏心距，促使建筑體質(zhì)心與鋼心重合，提升建筑穩(wěn)定性及質(zhì)量。含有不規(guī)則結(jié)構的高層建筑偏心距與建筑扭矩之間存在線性相關性，因此通過不規(guī)則結(jié)構的布局優(yōu)化，降低各樓層間位移比進而對偏心距進行有效控制。在實際工作中，可對建筑整體結(jié)構進行分析計算，調(diào)整后再次計算，重復以上步驟完成偏心距的調(diào)整。同時，以上方案還能了解不規(guī)則建筑的剛度分布特點，有助于結(jié)構側(cè)抗力結(jié)構調(diào)整，明顯提高建筑結(jié)構穩(wěn)定性。

其中涉及到層間位移比的計算，該參數(shù)指剛性樓板假定計算樓層的最大層間位移與該樓層兩側(cè)平均層間位移之比，可用于高層建筑平面不規(guī)則性的控制。通常情況下，高層建筑不規(guī)則結(jié)構的層間位移比不應超過1.2，若為A級不規(guī)則高層建筑，其層間位移比也不應高于1.5，B級與轉(zhuǎn)換層、多塔等高層建筑不應高于1.4。

（二）剛度調(diào)整

剛度調(diào)整包括不規(guī)則結(jié)構的抗側(cè)剛度及扭曲剛度。建筑結(jié)構振動周期與扭轉(zhuǎn)效應之間存在明顯的影響關系，因此在緩解建筑扭轉(zhuǎn)效應時，可對振動周期進行適當調(diào)整。例如，A級不規(guī)則結(jié)構中，以扭轉(zhuǎn)結(jié)構為主的第一自振周期與以平動為主的第一自振周期之間比例不應超過0.9，B級不應超過0.85。例如在設計剪力墻時，需保證墻厚與長度的合理關系，尤其對于中心間距較大的墻體，可選用在結(jié)構邊緣設置梁、柱等結(jié)構，提高結(jié)構抗扭強度，降低振動周期。扭曲剛度可通過邊緣連續(xù)梁剛度進行優(yōu)化，提高連續(xù)梁的抗剪能力，并適當增大連梁截面，強化整體結(jié)構性能。

（三）抗扭構件應用

總結(jié)以往建筑實踐經(jīng)驗，在非彈性狀態(tài)下，高層建筑不規(guī)則結(jié)構受水平震動的影響程度更高，工程施工過程中，不規(guī)則結(jié)構形態(tài)呈動態(tài)變化，易發(fā)生高層建筑整體結(jié)構偏心的問題。此時，可提高結(jié)構抗剪能力，增加結(jié)構彈性，使其能夠承受更強的震動作用。

（四）防震設計

帶有不規(guī)則結(jié)構的高層建筑防震設計通常采用添加防震縫的方案，利用防震縫將不規(guī)則建筑結(jié)構劃分為多個常規(guī)結(jié)構模塊，以此提高其穩(wěn)定性及抗震性能。防震縫一般設計為雙柱、雙墻等模式，其寬度一般在50-lOOmm，被劃分后的不規(guī)則建筑結(jié)構可視為由多個穩(wěn)定性更高的一般結(jié)構組成，能夠承受更強的地震破壞作用。

（五）計算方式選擇

高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計涉及到較多的參數(shù)計算工作，參數(shù)選擇是否合理在很大程度上就決定了建筑結(jié)構的穩(wěn)定性。設計實踐中常用的分析計算方法包括底部剪力法、振型分解反應譜法、彈性時程分析法等。其中，底部剪力法適用于多層建筑，振型分解反應譜法的核心為SATWE，在高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計中的應用更為普遍。

三、高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計優(yōu)化案例

某商住兩用高層建筑主體采用雙塔結(jié)構，包括地下2層，地上30層。其中，地上一層層高4.8m，為多功能廳。兩座塔樓均采用“Y”型結(jié)構，設計為8度抗震。剪力墻結(jié)構使用年限為60年，安全等級為2級。

該項目雙塔結(jié)構均為“Y”型結(jié)構，且項目臨湖而建，地質(zhì)條件相對復雜，對建筑結(jié)構穩(wěn)定性要求較高。采用以下優(yōu)化設計方案：首先，調(diào)整結(jié)構抗側(cè)剛度。發(fā)揮剪力墻結(jié)構優(yōu)勢，在建筑整體內(nèi)形成多個簡體結(jié)構，利用束筒效應提高結(jié)構抗側(cè)剛度及荷載性能。其次，調(diào)整扭轉(zhuǎn)效應。適當調(diào)高塔樓Y形平面外墻厚度及長度，將連梁高度調(diào)整為1200mm，降低中部簡體墻厚并弱化中部連梁的作用。最后，調(diào)整結(jié)構自重。自重調(diào)整主要為減輕地震作用對建筑穩(wěn)定性的影響，原設計方案中，剪力墻內(nèi)外圍由350mm調(diào)整至320mm，內(nèi)部由300mm調(diào)整至250mm。在結(jié)構內(nèi)部分位置加設樓層梁，板厚在lOOmm。

四、結(jié)論

高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計優(yōu)化需重點關注各項結(jié)構參數(shù)，如結(jié)構偏心距、抗側(cè)剛度、扭曲剛度等，合理利用抗扭構件及防震縫，適當選擇分析計算方法，確保建筑結(jié)構穩(wěn)定、可靠。

參考文獻：

[1]孫凌.關于高層建筑不規(guī)則結(jié)構設計的應用分析[J].建材與裝飾，2019 （15）：94-95