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

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的研究與應(yīng)用</p><p>　　摘要：在建筑設(shè)計(jì)工作中，不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)給其帶來(lái)很大的難題。筆者在文中簡(jiǎn)述了建筑行業(yè)中不規(guī)則建筑現(xiàn)狀，并對(duì)不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型進(jìn)行分析，并基于高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：不規(guī)則性；高層建筑；抗扭剛度比；偏心距 </p><p>　　中圖分類(lèi)

2、號(hào)：TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于各種因素的影響造成建筑物無(wú)法確保絕對(duì)的對(duì)稱(chēng)或規(guī)則性。一般來(lái)說(shuō)，不規(guī)則建筑物表現(xiàn)大多為不連續(xù)的局部樓板、不規(guī)則的平面凹凸、建筑物沿豎向剛度上缺乏連續(xù)性以及不規(guī)則等。在工程實(shí)踐中必須從建筑物結(jié)構(gòu)整體著眼，精確判定其不規(guī)則區(qū)域，從而確保建筑結(jié)構(gòu)在建模環(huán)節(jié)不受影響，使其一系列布置措施與方案得以確定，并能夠?qū)⒔ㄖ镒陨斫Y(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)

3、節(jié)探查明確，使建筑結(jié)構(gòu)整體更趨于合理化，同時(shí)還可使建筑物經(jīng)濟(jì)性以及安全性能得到不同程度的提升。不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)在產(chǎn)生水平方向?qū)е陆ㄖ锂a(chǎn)生偏心測(cè)力，繼而導(dǎo)致一定程度的扭轉(zhuǎn)變形，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力由此被削弱，同時(shí)還可能大幅增加工程造價(jià)。因而針對(duì)具有不規(guī)則性的建筑物，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取各種措施對(duì)其結(jié)構(gòu)形式加以改善，使其更趨向于規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，從而使建筑物結(jié)構(gòu)性能得到相應(yīng)的提升。 </p><p>　　一、不規(guī)則建筑在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

4、現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技水平不斷提升，國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)也取得了豐碩的建設(shè)成果。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市建設(shè)過(guò)程中對(duì)高層建筑的外在形態(tài)以及美觀性涌現(xiàn)了各種各樣的需求，建筑設(shè)計(jì)師為滿(mǎn)足這樣的需求，對(duì)傳統(tǒng)的建筑物設(shè)計(jì)理念不再遵循，跳出規(guī)則性以及對(duì)稱(chēng)性的約束，開(kāi)始更多地嘗試更新、更吸引人觀感的高層建筑，此類(lèi)建筑大多新穎別致、標(biāo)新立異、獨(dú)樹(shù)一幟，其中大多都屬于不規(guī)則、非對(duì)稱(chēng)式的高層建筑物。隨著

5、人們生活方式與生活理念的巨大轉(zhuǎn)變，不規(guī)則且復(fù)雜的體型結(jié)構(gòu)開(kāi)始越來(lái)越多地出現(xiàn)在各大城市中，這是一種發(fā)展方向，預(yù)示著國(guó)內(nèi)高層建筑今后的發(fā)展趨勢(shì)。然而，此類(lèi)不規(guī)則、不對(duì)稱(chēng)性高層建筑是城市中一道道引人注目的標(biāo)志物和美麗風(fēng)景，但其設(shè)計(jì)工以及實(shí)際建造卻遠(yuǎn)比傳統(tǒng)規(guī)則性建筑物更為復(fù)雜，為設(shè)計(jì)工作和施工建設(shè)帶來(lái)重重困難。 </p><p>　　二、不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)分型 </p><p>　　不規(guī)則高層建

6、筑的結(jié)構(gòu)分型大致包括兩種：（1）不規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)，其中包括樓板局缺乏連續(xù)性、凹凸不規(guī)則、不規(guī)則扭轉(zhuǎn)等；（2）不規(guī)則的豎向結(jié)構(gòu)，其中包括豎向抗側(cè)力構(gòu)件缺乏連續(xù)性、不規(guī)則的豎向剛度、樓層承載力發(fā)生突變以及樓層間發(fā)生質(zhì)量突變。對(duì)所述不規(guī)則的兩種分型標(biāo)準(zhǔn)判斷具體如下： </p><p><b>　?。ㄒ唬┢矫娌灰?guī)則 </b></p><p>　?。?）不規(guī)則扭轉(zhuǎn)：不規(guī)則扭轉(zhuǎn)的

7、判斷依據(jù)為與每一樓層兩端存在的彈性水平位移相比，該樓層彈性水平位移最大值應(yīng)不低于其平均數(shù)的1.2倍；或?qū)娱g位移最大值不低于其兩端層間位移平均數(shù)的1.2倍。（2）不規(guī)則凹凸：此類(lèi)不規(guī)則判斷標(biāo)依據(jù)為與建筑結(jié)構(gòu)投影方向尺寸總數(shù)值相比，其平面凹進(jìn)一側(cè)的面積不低于其30%。（3）樓板局部缺乏連續(xù)性：其判斷依據(jù)為平面剛度和樓板面積出現(xiàn)急劇改變。 </p><p><b>　?。ǘ┴Q向不規(guī)則 </b>&

8、lt;/p><p>　?。?）不規(guī)則的傾向剛度：其判斷依據(jù)為與鄰近上一樓層相比，本樓層側(cè)向剛度數(shù)值低于其70%；或不高于本樓層上方三個(gè)相鄰樓層平均側(cè)向剛度數(shù)值的80%。在排除頂層尺寸的情況下與相鄰下層水平方向尺寸相比，本樓層收進(jìn)的局部部分應(yīng)不低于其25%。（2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件缺乏連續(xù)性：其判斷依據(jù)為在豎直方向上，其抗側(cè)力構(gòu)件所受內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件加以轉(zhuǎn)換繼而向下方傳遞。（3）樓層承載力發(fā)生突變：其判斷依據(jù)是與上一層結(jié)

9、構(gòu)中抗側(cè)力部分受剪程度相比，本樓層受剪程度不超過(guò)其80%。（4）樓層間發(fā)生質(zhì)量突變：其判斷依據(jù)為與下一相鄰樓層相比，本樓層質(zhì)量不低于其質(zhì)量的1.5倍。 </p><p>　　三、不規(guī)則建筑設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)策略 </p><p>　　由一系列相關(guān)技術(shù)研究證實(shí)：建筑物若存在較大不規(guī)則性，過(guò)大的質(zhì)量偏心或太弱的扭轉(zhuǎn)剛度在地質(zhì)災(zāi)難中均屬于易出現(xiàn)破壞、坍塌事故的建筑物。在建筑物所受到的外力破壞因素中，扭轉(zhuǎn)

10、效應(yīng)屬于特別嚴(yán)重的一種，因而在工程實(shí)踐中應(yīng)采取合理措施有效限制建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，其常用方法如下：（1）對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的布置，應(yīng)盡量避免其平面呈不規(guī)則狀，或加以嚴(yán)格限制，使建筑結(jié)構(gòu)在一定程度上免于出現(xiàn)偏心過(guò)大現(xiàn)象，建筑物結(jié)構(gòu)在此前提下所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)則會(huì)更大。（2）針對(duì)建筑扭轉(zhuǎn)剛度，應(yīng)在合理數(shù)值范圍內(nèi)促進(jìn)其最大化，避免其太過(guò)薄弱。第一自振周期Tc以扭轉(zhuǎn)為主，第一自振周期T1則以平動(dòng)為主，而建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大致可依據(jù)Tc與T1兩者的比值

11、來(lái)判定，當(dāng)Tc與T1兩者數(shù)值相對(duì)較為接近時(shí)，在振動(dòng)耦連狀效應(yīng)的影響下，建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較為明顯的增幅。以下是若干降低建筑物扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的方法。 </p><p>　　（一）采取有效措施減小建筑物相對(duì)偏心距 </p><p>　　在某種程度上，建筑物相對(duì)偏心距與建筑物所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)呈線(xiàn)性關(guān)系。若要使扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得到合理改善，對(duì)樓層位移比作更進(jìn)一步的降低，則可利用對(duì)建筑物平面布置進(jìn)行調(diào)整，促使建

12、筑物剛心與質(zhì)心兩者更為接近。在工程實(shí)踐中降低建筑物偏心距的方法為：在對(duì)結(jié)構(gòu)平面作初步計(jì)算以及分析后方可對(duì)其不規(guī)則性布置進(jìn)行調(diào)整，并充分利用計(jì)算結(jié)果精確判斷出建筑物的質(zhì)心以及剛心，同時(shí)還應(yīng)在工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)數(shù)據(jù)支持的前提下，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)整體剛度分布加以精確判斷，最終對(duì)那些與質(zhì)心之間具有較大距離的抗側(cè)力構(gòu)件加以適當(dāng)增減。 </p><p>　　（二）對(duì)建筑物抗扭剛度比以及抗側(cè)剛度進(jìn)行調(diào)整 </p>&

13、lt;p>　　建筑物的結(jié)構(gòu)周期比平方值與其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)大致也呈線(xiàn)性關(guān)系。因而在建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中，可考慮對(duì)建筑結(jié)構(gòu)周期予以適當(dāng)減小。在剪力墻施工過(guò)程中，應(yīng)盡量于限定范圍內(nèi)對(duì)周邊剪力墻行增厚或加長(zhǎng)處理，對(duì)于與剛心之間有著最遠(yuǎn)距離的剪力墻尤其應(yīng)予以重視。而對(duì)結(jié)構(gòu)抗扭剛度的強(qiáng)化通常采用將拉梁設(shè)置與建筑物邊上，同時(shí)對(duì)建筑物整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期加以縮小，此外還可利用提高周邊連梁剛度。 </p><p>　?。ㄈ┰鰪?qiáng)抗扭構(gòu)件自

14、身的抗剪力 </p><p>　　要使建筑物在強(qiáng)烈地質(zhì)災(zāi)害下仍然保證安全無(wú)虞，則不能僅僅依靠對(duì)其結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)整體處于非彈性時(shí)狀態(tài)時(shí)，地震作用力則會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)施以雙向水平受力，建筑結(jié)構(gòu)則會(huì)隨其形態(tài)變化而發(fā)生偏心?？古ば?yīng)為構(gòu)件抗剪力的重要制約因素。若將建筑物抗震性能納入到考慮范圍內(nèi)，則應(yīng)對(duì)構(gòu)件抗剪性能加以強(qiáng)化，從而能夠在強(qiáng)震影響下保證建筑物結(jié)構(gòu)整體仍能處于彈性狀態(tài)。 </p><

15、;p>　?。ㄋ模┓勒鹂p的設(shè)置 </p><p>　　具有復(fù)雜平面形狀的建筑物常在工程實(shí)踐中出現(xiàn)，而受到多方因素限制無(wú)法將其設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)規(guī)則的平面。在此種情況下可將建筑結(jié)構(gòu)利用一定數(shù)量的防震縫將分割為若干相對(duì)簡(jiǎn)單的單元，這是很有必要的。例如當(dāng)鄰近建筑物具有較大的基礎(chǔ)沉降量時(shí)，則可設(shè)置抗震縫，同時(shí)還可兼作沉降縫。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)： </b><

16、/p><p>　　在工程實(shí)踐中，不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)其建模、結(jié)構(gòu)布置以及薄弱樓層產(chǎn)生直接影響。筆者在此對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的研究與應(yīng)用展開(kāi)探析，希望有所指導(dǎo)和幫助。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 黎玉婷.淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2012,(30). &

17、lt;/p><p>　　[2] 蔡健,潘東輝,黃炎生等.高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)控制研究[J].工程力學(xué),2007,24(7):116-121. </p><p>　　[3] 魯晟男,張振山.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的控制[J].才智,2011,(19):39. </p><p>　　[4] 高桐.淺談不規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2