高層建筑不規則結構設計探討

何永強

摘? 要：在現代建筑發展體系中，高層建筑的發展比較迅速和重要，其穩固性更加得到設計人員的重視。因而在對其進行設計時，設計人員應從提高結構穩固度這一角度出發改善設計方案。尤其針對可能出現的不規則建筑構造，設計人員更要提高重視，從不同的設計角度出發對設計方案進行調整，以滿足實際建筑工程的結構優化需要。文章在對高層建筑的不規則結構設計進行探討時，從介紹基本的高層建筑的不規則結構形式出發，結合實際案例，分析了具體的不規則結構的設計要點。

關鍵詞：高層建筑;不規則結構;結構設計

中圖分類號：TU973.3 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）14-0093-02

Abstract： In the modern building development system， the development of high-rise buildings is relatively rapid and important， and its stability has gained more concern from the designers. Therefore， when designing it， the designer should improve the design scheme from the point of view of improving the stability of the structure. Especially in view of the possible irregular building structure， designers should pay more attention to it and adjust the design scheme from different design angles in order to meet the structural optimization needs of the actual building project. While discussing the irregular structure design of high-rise buildings， this paper starts from the introduction of the basic irregular structure forms of high-rise buildings， and combined with practical cases， analyzes the specific design points of irregular structures.

Keywords： high-rise building; irregular structure; structural design

對高層建筑結構進行標準化設計，設計人員需要秉持質量為先、發展為重的設計理念，要進一步將提高建筑穩定性當作設計的出發點。針對高層建筑常見的不規則結構形式，設計人員更要理性分析，認真對待，并結合實際的設計經驗，豐富設計方法，重視設計細節，形成完整、精準的不規則結構設計方案。

1 高層建筑不規則結構的具體形式

1.1 豎向不規則結構

豎向不規則在高層建筑不規則結構中較為常見，具體包括側向剛度不規則結構、層間質量劇變結構和樓層承載力突變結構三種。側向剛度不規則結構又可細分為兩種情況，第一是結構樓層側向剛度小于相鄰上一層的側向剛度，且減少的范圍約為70%。第二種情況為除頂層之外的其他樓層的局部收進水平與相鄰下一層之間存在差值，且一般上一層超出相鄰下一層25%;層間質量劇變結構是指高層建筑的某個建筑構造中的相鄰樓層之間的質量差值，一般下一層樓比相鄰樓層質量小1.5倍左右;樓層承載力突變結構則強調的是不同樓層之間的承載力差值，且樓層承載力從上至下依次遞減。

1.2 平面不規則結構

平面不規則結構主要包括樓板不連續、凹凸不規則和扭轉不規則三類。樓板不連續主要體現在開洞后每一邊的凈寬長度的變化值，一般以2m為界，且小于臨界值;而凹凸不規則具體指的是樓層平面結構形狀的不規則;最后是扭轉不規則，該類不規則形式也較為常見，且與層間位移密切相關，因而也會直接影響建筑的穩固程度。

2 高層建筑不規則結構的設計實例分析

2.1 工程概況

本工程為某高層建筑工程，建筑總高度為65.25m，總面積為11450.2m2，共22層，其中有1層為地下建筑，其他層包括商場和住宅。建筑自地下1層到地上3層近似矩形平面，4層及4層以上近似“凸”形平面。本高層抗震設防烈度為7度，主體結構采用框架-剪力墻結構，存在的不規則類型具體包括平面不規則、樓板不連續等。在具體設計時，需要針對性的進行不規則的結構設計，并重視做好結構薄弱部位的抗震強化設計。

2.2 不規則結構的具體情況及設計要點

（1）偏心距的合理控制。對高層建筑中的不規則結構進行設計，設計人員首先要處理好偏心距。過大的偏心距將影響高層建筑整體的穩固性，設計人員應采用先進的方法實現對偏心距的有效控制。結合不規則結構的具體設計要求，可以采用以下方法實現對偏心距的有效控制：一是要嚴格控制建筑位移，使高層建筑的位置保持基本固定;二是針對建筑物進行結構方面的布局優化設計，并且要注重進行動態和靈活性的設計，以便在后期出現偏心距過大問題時可以有效的進行調整，確保施工能夠順利進行。（2）樓板不連續的具體處理。樓板不連續是高層建筑結構不規則的具體表現形式，本工程中就出現了樓板不連續這一問題。工程人員在發現問題后基于提高區域樓板抗震性能和穩固性的角度考慮，在對豎向體型突變部位設置樓板時，選擇厚度為180mm的樓板，針對其他樓層的相應部位，則適當增加板厚，分別增加30mm。工程人員還針對該薄弱區域配置了高配筋率的樓板，并進行雙層雙向通長設置，保持高于0.3%的配筋率。而在處理樓板邊緣部位時，則通過設置扁梁的形式進行處理，扁梁上部的縱筋能夠直接在樓板內進行錨入，工程人員嚴格參照抗震等級要求確定錨固長度，獲得了較好的處理效果。此外，針對高層建筑樓板不規則問題，在進行處理時，應進行相應的計算。在計算時，計算人員需要使用標準的計算程序，并進行計算條件的假定，建成計算模型，并進行不斷優化。在進行具體計算時，計算人員會假定平面內剛度無限大，同時會限定樓板在平面內不出現變形這一情況。但是在實際的高層建筑中，很容易出現樓板內的凹入現象，較大的開洞會成為樓板平面變形的主要推手。因而在進行計算時，計算人員需要假定多種條件，并結合實際工程情況，確保實現對樓板不連續場景下的精準計算。（3）凹凸不規則的具體處理。結合本工程的具體特征可知，在4～21層都為“凸”形平面，因而需要計算其具體的凸出長度，具體為11.3m，而本工程的平面突出方向的結構總長度為22m，已經超出了總長度的51.4%，因而可以將該結構判定為凹凸不規則結構。針對這一不規則情況，設計人員應找出平面尺寸的突變位置，并計算樓板厚度，基于此進行進一步的設計，并相應的采取加強配筋措施。（4）豎向體型收進的具體處理。本建筑工程由于有商業建筑和住宅區的區分，因而在4層商業建筑以上，結構平面就出現了收進現象，具體的體型收進高度和收進后的平面寬度分別為11.1m和12.7m，基本達到建筑總高度的17%與下部樓層對應寬度的49%。而上述比值已經接近于高規第3.5.5條對應的20%和75%的限值，因而可以將該結構判定為豎向不規則結構。針對豎向不規則結構，設計人員在進行處理時，應關注抗震增強設計。基于此，應針對結構薄弱層，以多遇地震作用標準值為基準，以該值的剪力乘以1.25的增大系數。而在進行具體的結構設計時，設計人員則要保持上部收進樓層和相鄰下部樓層對應的剪力墻和框架柱的截面尺寸不出現變化，并且要使混凝土等級達到強度要求，由此可以保證使兩個樓層間的抗側移剛度和承載力處于較小的差值范圍內。在具體的抗震不屈服設計活動中，設計人員應從提高建筑結構塑性角度出發進行設計，并對地震影響系數進行預估，在彈性時程分析法下進行補充計算，提高抗震設計精準度。（5）扭轉不規則的具體處理。對本工程進行扭轉不規則的判定時，工程人員基于雙向地震作用力和偶然偏心距這兩個參數，對本工程最大的位移與層平均位移的具體比值進行了計算，得出最大比值為1.32（X向），1.16（Y向），根據高規中的3.4.5條的規定，可將本工程判定為扭轉不規則結構。在判定為扭轉不規則結構之后，設計人員需要通過合理的處理措施來減小扭轉效應。在具體布置剪力墻時，應注重均勻性和對稱性，在這一布置原則下，盡量使結構的質量中心與剛度中心接近或重合。此外，設計人員還要從削弱核心筒的剛度這一角度出發，采取措施增強結構周邊剪力墻的抗側剛度，使結構具備更加優異的抗扭性能。設計人員在對本工程進行計算模型的反復優化之后，得出具體的結構質量中心和剛度中心距離值，具體為0.01～0.07m（X向）、0.05～0.37m（Y向）。經進一步計算和比對高規可知，本工程的Tt/T1=0.7739，相較于限值要求0.9還有一定的富余，因而判定，經過處理之后，該結構的扭轉效應已經得到了有效的控制。（6）轉角窗的具體處理。對本工程的結構進行實際分析后得知，該結構的4～21層為住宅區，在這一范圍內，設計人員發現下方戶型主臥的兩個端頭都分別設置有轉角窗，通過這一建筑設置，對于結構而言，會削弱其結構抗扭性能，并由此成為抗震設計需要重點關注的部位。基于此，本工程的設計人員進行了轉角窗這一結構部位的具體抗震處理，找出轉角窗的洞口，并在兩側設置剪力墻，同時將邊緣構件放置其中，還有做好箍筋加密處理。此外，還要對轉角處的臥室樓板進行加厚處理，配置好樓板鋼筋，做好轉角梁的配筋處理，從而能夠使得轉角窗部位的轉角梁具有良好的抗扭力和抗彎力。（7）提升周邊抗扭構件的抗剪力。高層建筑的設計人員在優化不規則結構的設計體系時，應做好對周邊抗扭構件抗剪力的提升設計。設計人員要結合前沿的結構理論，即建筑結構一旦處于非彈性狀態，當出現地震時，結構會受到雙向的水平地震作用力的沖擊，由此會出現重心的變化，進而導致結構失穩。基于此，設計人員需要注重抗扭構件這一細節，要能夠結合抗震性能的具體要求，采取恰當的措施增加抗扭構件的抗剪力，從而提升建筑結構的整體抗震彈性值。（8）防震縫的合理設置。高層建筑結構在日常使用過程中遭遇地震的可能性較小，但是也需要高度重視進行抗震設計。尤其針對強度較小的地震，更應該提高重視。在進行具體設計時，設計人員應合理的設置抗震縫。高層建筑的實際平面結構一般較為復雜，在進行設計時，要針對不規則結構進行處理，并設置恰當的抗震結構，留置合理的抗震縫。在具體設置時，設計人員可以對平面結構進行分區，使其形成較為簡單的結構單元。而在具體設置抗震縫的過程中，工程人員也需要關注抗震縫兩側的結構體系，若結構體系不一致，則要以較為不利的抗震場景為基準進行抗震縫的優化設計，可以對寬度進行收窄或擴寬，同時還可以結合相鄰建筑結構的基礎沉降情況合理的設置沉降縫。

3 結束語

高層建筑已經成為當前主要的建筑形式，高層建筑的設計工作較為復雜，需要設計人員具有較高的結構意識和質量意識，尤其針對不規則結構，在進行設計時，更要精準掌握設計細節，把握設計要點。在具體設計時，應針對實際的工程案例進行不規則結構的分析，找出需要進行不規則設計的部位，有針對性的開展設計工作，確保高層建筑不規則結構的豎向、橫向結構穩固，同時也要彰顯出良好的抗震性能，不斷提升高層建筑整體效益。

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