高層建筑結構設計中不規則性分析

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摘要:隨著經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，可利用的土地資源也越來越少，對比大城市而言，高層建筑工程設計一定程度上減少了對土地的利用率。傳統的建筑的特點多以對稱性和一致性為準，而隨著時代的發展人們對美的定義的重新認知，使得現代設計者們為迎合時代建筑的特點開始設計具另類風格的建筑物，例如鳥巢，這種新穎的建筑風格在某種程度上代表了我國觀賞性建筑行業的發展趨勢。雖然這些建筑會給人帶來耳目一新的感覺，但是在實際的操作中給結構設計人員和施工人員帶來了一定的困難。但是，現代主義建筑在追求土地資源合理運用的同時，也在趨向個性化發展，即不規則性，這就給建筑結構設計師和施工人員帶來了嚴峻的考驗，對此，本文將通過不規則建筑結構的特點和存在問題進行分析并對不規則建筑結構設計的提出應對措施。

關鍵詞:不規則建筑結構設計存在問題措施

1現代主義建筑中不規則建筑結構的特點

1．1平面不規則性

在平面不規則類型中主要分扭轉不規則、凹凸不規則和樓板局部不連續:(1)扭轉不規則主要表現在每一層樓的最大彈性水平移是該棟樓樓層兩端水平移平均值的1．2倍，或者最大層間移位是該樓層的兩端的層間移位平均值的1．2倍;(2)凹凸不規則類型主要是以建筑結構面凹進一側的尺寸大于實際投影方向上總尺寸的30%為準;(3)樓板局部不規則主要以樓板尺寸以及平面剛度發生的急劇變化為判斷標準。

1．2豎向不規則性

建筑不規則整體結構除平面不規則外還包括豎向不規則類型，而豎向不規則中主要分為以下幾種:(1)側向剛度不規則以該樓層的側向剛度值小于與其相鄰上一樓層的70%，或者小于該樓層以上相鄰的三個樓層側向剛度平均值的80%，除掉頂層外的樓層布局收進的水平向尺度大于與其相鄰下一層的25%為判斷依據;(2)豎向抗側力不規則以豎直方向上的抗側力產生的內力通過水平的轉換構建而向下傳遞為依據;(3)樓層承載力突變以層間的抗側力結構受剪程度小于上一層的受剪程度的80%為判斷標準;(4)樓層間質量突變以樓層質量大于相鄰的下一樓層質量的1．5倍為判斷標準。

2不規則建筑結構中的問題

不規則建筑結構中的結構經常會出現一些應力集中的部位，這些部位一旦受到較大的水平力影響會最先出現問題，嚴重的會造成破壞。另外，因不規則的結構產生的較大的扭轉力，對結構本身都是存在影響的。假設樓板為平面內的無限剛，當期結構發生平動和扭轉時，將發生受力變化。通過公式中為剛性樓蓋的計算同一側樓角點豎向最大水平位移;為剛性樓蓋的計算同一側樓角點豎向最小水平位移;為剛性樓蓋的計算，該樓層平均水平位移;使位移比為，并將其帶入到公式中得出，另外當時，從以上對比數據中可以看出當時，整個構建的受力呈現不均勻的狀態。按照國家抗震規范可以把建筑方案分為三個等級，第一個是一般不規則，處理措施是按照一般規范、規程的相關規定加強保護措施;第二個是特殊不規則，處理時需要經過專業部門的研究和論證后采取高于一般規范的規章制度進程加強措施，并且對于高層建筑嚴格按照建筑部第111號命令進行抗震設防和專項檢查;第三個是嚴重不規則，對于此類建筑要求建筑師進行修改和調整。根據上文中對平面不規則和豎向不規則的介紹，也需要通過這兩個方面對其安全性進行考慮，平面不規則中需要考慮的為以下三個方面:首先，平面質量的偏心，因為截面尺寸不同的結構構件會造成質量偏心的產生，另外，由于結構施工、使用等因素也會造成質量偏心;其次，平面剛度偏心，因為所受承載負荷的不用，施工環境等復雜因素會造成平面剛度的不唯一性。進而產生一定的平面剛度偏心;再次，平面強度偏心，因為上文中的兩種偏心現象較為常見，導致人們經常忽視了平面強度偏心，在實際項目實施中，因為所配混凝土、各種型號的鋼筋等構件因素的不同，導致了結構設計強度與實際強度存在較大的差異，這種情況下容易造成強度偏心的想象發生。

3針對高層建筑不規則性的措施

3．1減少高層建筑中相對偏心距的大小

根據時屬于大偏心受壓構件，屬于小偏心受壓構件的原理，對偏心距進行適當的調整有利于改善結構空間和平面的整體分布，能夠保證結構之間的穩定性和安全性。在實際的工程建設中采取一定的措施以減少偏心距，首先在對其具體的數據要進行精確的運算，根據計算得出相應的值并制定合理的調整方案，并且在設計圖紙上需要明確的標注出相對離心距的位置，還需要對相關的數據和資料進行分析，這樣才能有利于減少偏心距的大小，使整體設計更為合理。

3．2根據實際改進建筑結構的抗側剛度和抗扭剛度的大小

根據相關調查結果得知，高層主體結構出現扭轉的效用和自我震動周期的平方值中具有保持線性的函數關系。所以，在對高層結構進行設計時，可以合理的降低建筑結構自我診斷的周期長短，以此來削弱高層主體結構。在相關剪刀墻的設計中，可以根據調節墻體的長度和大小來達到此目的。在實際的操作中，以改善高層建筑主體結構邊緣裝置柱梁的方式。來降低高層主體結構的自我震動周期，此外提高邊緣連梁值的大小同樣可以起到調整的作用。

3．3合理增加高層建筑主體結構邊緣構件的抗剪強度

如果想實現更好的結構分布效果，除了從主體結構的調整上采取措施，還需要加強建筑邊緣的結構強度。在出現外力影響的情況下，建筑主體結構會因此發生嚴重的破壞，相關人員調差發現，如果高層建筑受到雙向水平地震作用，處于彈性期間時，會導致建筑結構形態因回彈不發生變化，而處于非彈性期間形態發生變化進而產生偏心現象等問題。在此情況下，就需要建筑具備一定的抗震性，加強建筑邊緣結構的強度，提高周邊抗扭構建的抗剪力，使建筑結構在強震的作用下也能發揮自身功能處于整體彈性狀態，保證建筑的完整性，給建筑內的人員逃生時提供一定的時間。

3．4依據科學建立防震縫

在實際的工程設計過程中，設計師們經常會碰見空間與平面形體復雜的高層建筑圖紙，在諸多條件的制約下，很難將這種復雜的結構設計成有規劃的整體，對于此類現象就需要建立一些防震縫來保證工程的質量。另外應用防震縫有利于將房屋分成若干形式簡單，結構剛度均勻分布的獨立部分，以此減輕因相鄰建筑由地震造成的碰撞，進而導致房屋的破壞。同時在建立防震縫時需要注意的兩點:一是如果建立防震縫兩側的設施不同或抗震力不同，需要按照抗震力弱的一方進行設置;二是如果出現鄰近建筑物沉降值超出限值的情況，需要建立相應的沉降防震縫。

3．5合理布局不規則部件

為保證在高層建筑過程中出現的各種意想不到的情況，需要設計設在進行設計時，注重對不規則部件的規劃和安排，以利于減少整體結構中出現的偏小現象，避免因不規則部件的散亂布局造成建筑出現大幅度的扭轉效應。

4結語

在現代工程建設中，高層建筑的不規則性已成為時展的趨勢，而如何在建造不規則高層建筑使保證整體結構的完善和建筑的質量，需要在設計施工中對比較薄弱的環節進行及時的改進，并提出相應的解決方案，這樣才能更好的保證高層建筑的安全性，在實際建設施工中需要根據實際情況進行合理性的改進，利用新技術和新概念，減少建設過程中的不利影響，做到在保證建筑美觀的同時保證建筑的質量。

參考文獻

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作者：馬萍 單位：河南省人防建筑設計研究院有限公司