高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用

1、<p>　　高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用</p><p>　　摘要：在建筑設計工作中，不規(guī)則的建筑結構給其帶來很大的難題。筆者在文中簡述了建筑行業(yè)中不規(guī)則建筑現(xiàn)狀，并對不規(guī)則建筑的結構類型進行分析，并基于高層建筑結構不規(guī)則性，提出了相應的設計策略。 </p><p>　　關鍵詞：不規(guī)則性；高層建筑；抗扭剛度比；偏心距 </p><p>　　中圖分類

2、號：TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　在工程設計過程中，由于各種因素的影響造成建筑物無法確保絕對的對稱或規(guī)則性。一般來說，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。在工程實踐中必須從建筑物結構整體著眼，精確判定其不規(guī)則區(qū)域，從而確保建筑結構在建模環(huán)節(jié)不受影響，使其一系列布置措施與方案得以確定，并能夠將建筑物自身結構的薄弱環(huán)

3、節(jié)探查明確，使建筑結構整體更趨于合理化，同時還可使建筑物經(jīng)濟性以及安全性能得到不同程度的提升。不規(guī)則的建筑結構會在產(chǎn)生水平方向導致建筑物產(chǎn)生偏心測力，繼而導致一定程度的扭轉變形，結構抗側力由此被削弱，同時還可能大幅增加工程造價。因而針對具有不規(guī)則性的建筑物，工程設計人員應采取各種措施對其結構形式加以改善，使其更趨向于規(guī)則、對稱，從而使建筑物結構性能得到相應的提升。 </p><p>　　一、不規(guī)則建筑在國內的發(fā)展

4、現(xiàn)狀 </p><p>　　隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，科技水平不斷提升，國內建筑行業(yè)也取得了豐碩的建設成果。隨著城市化進程的不斷加快，城市建設過程中對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，建筑設計師為滿足這樣的需求，對傳統(tǒng)的建筑物設計理念不再遵循，跳出規(guī)則性以及對稱性的約束，開始更多地嘗試更新、更吸引人觀感的高層建筑，此類建筑大多新穎別致、標新立異、獨樹一幟，其中大多都屬于不規(guī)則、非對稱式的高層建筑物。隨著

5、人們生活方式與生活理念的巨大轉變，不規(guī)則且復雜的體型結構開始越來越多地出現(xiàn)在各大城市中，這是一種發(fā)展方向，預示著國內高層建筑今后的發(fā)展趨勢。然而，此類不規(guī)則、不對稱性高層建筑是城市中一道道引人注目的標志物和美麗風景，但其設計工以及實際建造卻遠比傳統(tǒng)規(guī)則性建筑物更為復雜，為設計工作和施工建設帶來重重困難。 </p><p>　　二、不規(guī)則高層建筑的結構分型 </p><p>　　不規(guī)則高層建

6、筑的結構分型大致包括兩種：（1）不規(guī)則的平面結構，其中包括樓板局缺乏連續(xù)性、凹凸不規(guī)則、不規(guī)則扭轉等；（2）不規(guī)則的豎向結構，其中包括豎向抗側力構件缺乏連續(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)生質量突變。對所述不規(guī)則的兩種分型標準判斷具體如下： </p><p><b>　　（一）平面不規(guī)則 </b></p><p>　?。?）不規(guī)則扭轉：不規(guī)則扭轉的

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不低于其平均數(shù)的1.2倍；或層間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：此類不規(guī)則判斷標依據(jù)為與建筑結構投影方向尺寸總數(shù)值相比，其平面凹進一側的面積不低于其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>　　（二）豎向不規(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，本樓層側向剛度數(shù)值低于其70%；或不高于本樓層上方三個相鄰樓層平均側向剛度數(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，本樓層收進的局部部分應不低于其25%。（2）豎向抗側力構件缺乏連續(xù)性：其判斷依據(jù)為在豎直方向上，其抗側力構件所受內力由水平轉換構件加以轉換繼而向下方傳遞。（3）樓層承載力發(fā)生突變：其判斷依據(jù)是與上一層結

9、構中抗側力部分受剪程度相比，本樓層受剪程度不超過其80%。（4）樓層間發(fā)生質量突變：其判斷依據(jù)為與下一相鄰樓層相比，本樓層質量不低于其質量的1.5倍。 </p><p>　　三、不規(guī)則建筑設計的應對策略 </p><p>　　由一系列相關技術研究證實：建筑物若存在較大不規(guī)則性，過大的質量偏心或太弱的扭轉剛度在地質災難中均屬于易出現(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

10、效應屬于特別嚴重的一種，因而在工程實踐中應采取合理措施有效限制建筑物扭轉效應，其常用方法如下：（1）對于建筑結構的布置，應盡量避免其平面呈不規(guī)則狀，或加以嚴格限制，使建筑結構在一定程度上免于出現(xiàn)偏心過大現(xiàn)象，建筑物結構在此前提下所產(chǎn)生的扭轉效應則會更大。（2）針對建筑扭轉剛度，應在合理數(shù)值范圍內促進其最大化，避免其太過薄弱。第一自振周期Tc以扭轉為主，第一自振周期T1則以平動為主，而建筑結構所產(chǎn)生的扭轉效應大致可依據(jù)Tc與T1兩者的比值

11、來判定，當Tc與T1兩者數(shù)值相對較為接近時，在振動耦連狀效應的影響下，建筑物扭轉效應會產(chǎn)生較為明顯的增幅。以下是若干降低建筑物扭轉效應的方法。 </p><p>　?。ㄒ唬┎扇∮行Т胧p小建筑物相對偏心距 </p><p>　　在某種程度上，建筑物相對偏心距與建筑物所產(chǎn)生的扭轉效應呈線性關系。若要使扭轉效應得到合理改善，對樓層位移比作更進一步的降低，則可利用對建筑物平面布置進行調整，促使建

12、筑物剛心與質心兩者更為接近。在工程實踐中降低建筑物偏心距的方法為：在對結構平面作初步計算以及分析后方可對其不規(guī)則性布置進行調整，并充分利用計算結果精確判斷出建筑物的質心以及剛心，同時還應在工程實踐經(jīng)驗與相關數(shù)據(jù)支持的前提下，對建筑物結構整體剛度分布加以精確判斷，最終對那些與質心之間具有較大距離的抗側力構件加以適當增減。 </p><p>　?。ǘㄖ锟古偠缺纫约翱箓葎偠冗M行調整 </p>&

13、lt;p>　　建筑物的結構周期比平方值與其扭轉效應大致也呈線性關系。因而在建筑物設計過程中，可考慮對建筑結構周期予以適當減小。在剪力墻施工過程中，應盡量于限定范圍內對周邊剪力墻行增厚或加長處理，對于與剛心之間有著最遠距離的剪力墻尤其應予以重視。而對結構抗扭剛度的強化通常采用將拉梁設置與建筑物邊上，同時對建筑物整體結構扭轉周期加以縮小，此外還可利用提高周邊連梁剛度。 </p><p>　?。ㄈ┰鰪娍古嫾?/p>

14、身的抗剪力 </p><p>　　要使建筑物在強烈地質災害下仍然保證安全無虞，則不能僅僅依靠對其結構布置進行調整。當建筑物結構整體處于非彈性時狀態(tài)時，地震作用力則會對建筑結構施以雙向水平受力，建筑結構則會隨其形態(tài)變化而發(fā)生偏心。抗扭效應為構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，則應對構件抗剪性能加以強化，從而能夠在強震影響下保證建筑物結構整體仍能處于彈性狀態(tài)。 </p><

15、;p>　?。ㄋ模┓勒鹂p的設置 </p><p>　　具有復雜平面形狀的建筑物常在工程實踐中出現(xiàn)，而受到多方因素限制無法將其設計為結構規(guī)則的平面。在此種情況下可將建筑結構利用一定數(shù)量的防震縫將分割為若干相對簡單的單元，這是很有必要的。例如當鄰近建筑物具有較大的基礎沉降量時，則可設置抗震縫，同時還可兼作沉降縫。 </p><p><b>　　結語： </b><

16、/p><p>　　在工程實踐中，不規(guī)則的建筑結構會對其建模、結構布置以及薄弱樓層產(chǎn)生直接影響。筆者在此對高層建筑結構設計不規(guī)則性的研究與應用展開探析，希望有所指導和幫助。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 黎玉婷.淺議高層建筑結構設計的不規(guī)則性[J].城市建設理論研究（電子版）,2012,(30). &

17、lt;/p><p>　　[2] 蔡健,潘東輝,黃炎生等.高層建筑結構扭轉振動效應控制研究[J].工程力學,2007,24(7):116-121. </p><p>　　[3] 魯晟男,張振山.高層建筑結構設計過程中常見問題的控制[J].才智,2011,(19):39. </p><p>　　[4] 高桐.淺談不規(guī)則性建筑結構抗震設計[J].城市建設理論研究（電子版）,2