建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則性問題探究

晏 偉

中信建筑設(shè)計研究總院有限公司（430010）

1 建筑設(shè)計的不規(guī)則性

隨著城市化進程不斷發(fā)展，人們對建筑設(shè)計的要求不斷提高，在追求安全、舒適的同時，也在追求建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)格的新穎和獨特。建筑工程中不規(guī)則主要劃分為兩種:一種是豎向的不規(guī)則，另一種是平面的不規(guī)則。豎向的不規(guī)則主要包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變。平面的不規(guī)則主要包括扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則性問題

2.1 偏心距的問題

一般情況下，建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)相對于偏心距是線性函數(shù)的關(guān)系，所以想要降低結(jié)構(gòu)不規(guī)則性形成的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題，設(shè)計人員必須考慮偏心距相關(guān)問題[1]。

2.2 抗側(cè)與扭轉(zhuǎn)剛度的問題

建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)周期的比值平方是一個線性關(guān)系。設(shè)計人員應(yīng)采取有效措施降低結(jié)構(gòu)周期比，對結(jié)構(gòu)的實際承載能力、扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等因素進行調(diào)整。如設(shè)計人員在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)高度重視剪力墻的長度、位置及厚度，合理地選擇結(jié)構(gòu)連梁截面，控制剛度，盡可能降低結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)周期比，從而提升結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不規(guī)則性問題應(yīng)對策略

3.1 保障偏心距的合理性

結(jié)構(gòu)設(shè)計中，偏心距和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)呈現(xiàn)出線性關(guān)系，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)控制建筑物的結(jié)構(gòu)平面布置，保證結(jié)構(gòu)剛度與重心、質(zhì)心等保持最大程度的重合，這樣可以更好地降低樓層端部的抗側(cè)力構(gòu)件彈性位移，控制建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[2]。為了盡可能降低偏心距，需要先準(zhǔn)確測量，并對結(jié)構(gòu)剛心、質(zhì)心作精細分析，調(diào)整結(jié)構(gòu)平面布置，盡可能保證剛心、質(zhì)心接近。對于質(zhì)量與剛度分布不均勻的結(jié)構(gòu)，可以考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，應(yīng)采用有效措施降低偏心對于結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的不利影響。

3.2 保證剛度與整體性

在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要有意識地保證建筑的抗側(cè)剛度以及整體性，以便更好地應(yīng)對不規(guī)則性問題。相對于襯砌結(jié)構(gòu)而言，混凝土結(jié)構(gòu)可以保持更好的抗震性。對于剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理布置豎向構(gòu)件，保證剛度的均勻，以便更好地保持結(jié)構(gòu)整體性。剪力墻在豎向應(yīng)當(dāng)上、下連續(xù)貫通，保證側(cè)向剛度下大上小，逐漸均勻變化，否則在地震作用下某些樓層或部位將形成軟弱層或薄弱層而嚴重損壞。在平面上剪力墻應(yīng)當(dāng)雙向設(shè)置，遵循均勻、對稱的原則。在整體性方面，建筑立面應(yīng)盡量采用矩形、梯形、三角形等均勻變化的幾何形狀，避免采用帶有突然變化的階梯形立面。

3.3 設(shè)置防震縫

抗震設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)建筑功能要求，合理調(diào)整平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，盡量避免設(shè)置防震縫。當(dāng)結(jié)構(gòu)平面或豎向布置不規(guī)則，或不能調(diào)整時，可考慮設(shè)置防震縫，將復(fù)雜結(jié)構(gòu)劃分為幾個較為規(guī)則、簡單的結(jié)構(gòu)單元，以利于減少房屋的扭轉(zhuǎn)，改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。但根據(jù)對汶川、玉樹等地的震害調(diào)查表明，按規(guī)范要求確定的防震縫寬度，在強烈地震下仍有可能發(fā)生碰撞，因此應(yīng)在有條件的前提下盡量加寬防震縫寬度。防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時，應(yīng)按不利的結(jié)構(gòu)類型確定防震縫寬度。對重要部位或復(fù)雜部位可考慮按“中震”確定防震縫的寬度，注意采取大震防跌落措施。防震縫兩側(cè)的建筑應(yīng)設(shè)置均勻?qū)ΨQ且有利于減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的防撞墻，有條件時應(yīng)適當(dāng)加大兩側(cè)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，以減小結(jié)構(gòu)的水平位移量值。

4 結(jié)語

伴隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量已經(jīng)成為社會各界關(guān)注的焦點。但是，隨著建筑領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)的安全性能、穩(wěn)定性能等方面仍然與發(fā)達國家存在比較大的差異，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面尤其是不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計方面仍然需要不斷改善和優(yōu)化，從而推動建筑經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。