不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化

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摘 ? ?要：現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展極大提升了人們的物質(zhì)生活水平，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)也有多方面需求，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足人們視覺需求的同時(shí)，也增加了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震性及安全穩(wěn)定性是一個(gè)較大的考驗(yàn)。文章通過分析不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的主要特征的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及其處理。

關(guān)鍵詞：建筑工程;不規(guī)則結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)問題;處理措施

1 ?引言

對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要秉持質(zhì)量為先、發(fā)展為重的設(shè)計(jì)理念，要進(jìn)一步將提高建筑穩(wěn)定性當(dāng)作設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。針對(duì)高層建筑常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)人員更要理性分析，認(rèn)真對(duì)待，并結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，豐富設(shè)計(jì)方法，重視設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，形成完整、精準(zhǔn)的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2 ?不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要特征

2.1 ?平面不規(guī)則

（1）當(dāng)位移比在1.2以上時(shí)，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

（2）對(duì)于凹凸不規(guī)則，主要指下列三種情況：①平面狹長(zhǎng)，當(dāng)抗震設(shè)防烈度在Ⅵ～Ⅶ度時(shí)，長(zhǎng)度與寬度之比超過8.0，當(dāng)為Ⅷ度設(shè)防時(shí)，長(zhǎng)度與寬度之比超過5.0;②凹進(jìn)過多，其一側(cè)尺寸比投影方向上的尺寸大35%;③凸出部分太細(xì)，長(zhǎng)度與寬度之比超過2.0[1]。

（3）如果樓板在局部沒有保持連續(xù)，則也屬于平面不規(guī)則，包含以下幾種情況：①開洞凹入以后，樓板上有效寬度比典型寬度的一半小;②樓板上開洞的面積超過總面積30%;③平面形狀為細(xì)腰形;④樓層錯(cuò)層較大。

2.2 ?豎向不規(guī)則

（1）對(duì)于側(cè)向剛度，當(dāng)有以下幾種情況時(shí)，為不規(guī)則：①該層的側(cè)向剛度比與之相鄰的上層側(cè)向剛度小70%;②上部樓層收進(jìn)處和室外地面之間的距離超過建筑高度1/5;③上部樓層向外挑出，而下部樓層實(shí)際水平尺寸比上部小90%;④在結(jié)構(gòu)頂部，由于取消了墻、柱而產(chǎn)生空曠的房間。

（2）設(shè)置于豎向的抗側(cè)力構(gòu)件未能連續(xù)：構(gòu)件中的內(nèi)力從水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件不斷向下傳遞。

（3）樓層的承載力發(fā)生突變：對(duì)于A級(jí)高層建筑，其受剪承載比不足0.8;對(duì)于B級(jí)高層建筑，其受剪承載比不足0.75。

3 ?高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題及處理

3.1 ?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(chǎng)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(shè)防烈度為7度，主體結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，存在的不規(guī)則類型具體包括平面不規(guī)則、樓板不連續(xù)等。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)性的進(jìn)行不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并重視做好結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震強(qiáng)化設(shè)計(jì)。

3.2 ?不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題及處理

3.2.1 ?偏心距的合理控制

對(duì)高層建筑中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(wěn)固性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用先進(jìn)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏心距的有效控制。結(jié)合不規(guī)則結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)要求，可以采用以下方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏心距的有效控制：一是要嚴(yán)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(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且要注重進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靈活性的設(shè)計(jì)，以便在后期出現(xiàn)偏心距過大問題時(shí)可以有效的進(jìn)行調(diào)整，確保施工能夠順利進(jìn)行。

3.2.2 ?樓板不連續(xù)的具體處理

樓板不連續(xù)是高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的具體表現(xiàn)形式，本工程中就出現(xiàn)了樓板不連續(xù)這一問題。工程人員在發(fā)現(xiàn)問題后基于提高區(qū)域樓板抗震性能和穩(wěn)固性的角度考慮，在對(duì)豎向體型突變部位設(shè)置樓板時(shí)，選擇厚度為180mm的樓板，針對(duì)其他樓層的相應(yīng)部位，則適當(dāng)增加板厚，分別增加30mm。工程人員還針對(duì)該薄弱區(qū)域配置了高配筋率的樓板，并進(jìn)行雙層雙向通長(zhǎng)設(shè)置，保持高于0.3%的配筋率。而在處理樓板邊緣部位時(shí)，則通過設(shè)置扁梁的形式進(jìn)行處理，扁梁上部的縱筋能夠直接在樓板內(nèi)進(jìn)行錨入，工程人員嚴(yán)格參照抗震等級(jí)要求確定錨固長(zhǎng)度，獲得了較好的處理效果。此外，針對(duì)高層建筑樓板不規(guī)則問題，在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員需要使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算程序，并進(jìn)行計(jì)算條件的假定，建成計(jì)算模型，并進(jìn)行不斷優(yōu)化。在進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員會(huì)假定平面內(nèi)剛度無限大，同時(shí)會(huì)限定樓板在平面內(nèi)不出現(xiàn)變形這一情況。但是在實(shí)際的高層建筑中，很容易出現(xiàn)樓板內(nèi)的凹入現(xiàn)象，較大的開洞會(huì)成為樓板平面變形的主要推手。因而在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員需要假定多種條件，并結(jié)合實(shí)際工程情況，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)樓板不連續(xù)場(chǎng)景下的精準(zhǔn)計(jì)算。

3.3.3 ?凹凸不規(guī)則的具體處理

結(jié)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(jì)算其具體的凸出長(zhǎng)度，具體為11.3m，而本工程的平面突出方向的結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度為22m，已經(jīng)超出了總長(zhǎng)度的51.4%，因而可以將該結(jié)構(gòu)判定為凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。針對(duì)這一不規(guī)則情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)找出平面尺寸的突變位置，并計(jì)算樓板厚度，基于此進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，并相應(yīng)的采取加強(qiáng)配筋措施。

3.2.4 ?豎向體型收進(jìn)的具體處理

本建筑工程由于有商業(yè)建筑和住宅區(qū)的區(qū)分，因而在4層商業(yè)建筑以上，結(jié)構(gòu)平面就出現(xiàn)了收進(jìn)現(xiàn)象，具體的體型收進(jìn)高度和收進(jìn)后的平面寬度分別為11.1m和12.7m，基本達(dá)到建筑總高度的17%與下部樓層對(duì)應(yīng)寬度的49%。而上述比值已經(jīng)接近于高規(guī)第3.5.5條對(duì)應(yīng)的20%和75%的限值，因而可以將該結(jié)構(gòu)判定為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。針對(duì)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)關(guān)注抗震增強(qiáng)設(shè)計(jì)。基于此，應(yīng)針對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱層，以多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，以該值的剪力乘以1.25的增大系數(shù)。而在進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員則要保持上部收進(jìn)樓層和相鄰下部樓層對(duì)應(yīng)的剪力墻和框架柱的截面尺寸不出現(xiàn)變化，并且要使混凝土等級(jí)達(dá)到強(qiáng)度要求，由此可以保證使兩個(gè)樓層間的抗側(cè)移剛度和承載力處于較小的差值范圍內(nèi)。在具體的抗震不屈服設(shè)計(jì)活動(dòng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從提高建筑結(jié)構(gòu)塑性角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)地震影響系數(shù)進(jìn)行預(yù)估，在彈性時(shí)程分析法下進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，提高抗震設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。

3.2.5 ?防震縫的合理設(shè)置

高層建筑結(jié)構(gòu)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(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。尤其針對(duì)強(qiáng)度較小的地震，更應(yīng)該提高重視。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理的設(shè)置抗震縫。高層建筑的實(shí)際平面結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要針對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)，留置合理的抗震縫。在具體設(shè)置時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)，使其形成較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元。而在具體設(shè)置抗震縫的過程中，工程人員也需要關(guān)注抗震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)體系，若結(jié)構(gòu)體系不一致，則要以較為不利的抗震場(chǎng)景為基準(zhǔn)進(jìn)行抗震縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)寬度進(jìn)行收窄或擴(kuò)寬，同時(shí)還可以結(jié)合相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)沉降情況合理的設(shè)置沉降縫。

4 ?結(jié)束語

總之，高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)前主要的建筑形式，高層建筑的設(shè)計(jì)工作較為復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員具有較高的結(jié)構(gòu)意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，尤其針對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，更要精準(zhǔn)掌握設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)實(shí)際的工程案例進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分析，找出需要進(jìn)行不規(guī)則設(shè)計(jì)的部位，有針對(duì)性的開展設(shè)計(jì)工作，確保高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的豎向、橫向結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，同時(shí)也要彰顯出良好的抗震性能，不斷提升高層建筑整體效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳康慈.高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].城市住宅，2019（7）.

[2] 孫凌.關(guān)于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾，2019（15）.

[3] 王華梅.高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究[J].綠色環(huán)保建材，2019（6）.