導語：高層建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】不規(guī)則設計能夠提升建筑的美觀，但是不會對建筑結(jié)構(gòu)的剛度產(chǎn)生顯著的影響，具體表現(xiàn)為不規(guī)則以及不連續(xù)問題。對于這方面的問題如果不進行科學合理的設計，就會對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，從而埋下重大的安全隱患。本文針對高層建筑不規(guī)則性的概念進行了介紹，在此基礎上詳細介紹了建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的兩種主要類型，最后具體闡述了加強不規(guī)則設計的有效以及具體實踐問題。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設計；不規(guī)則性

最近幾年以來，我國在不斷的推進城市化進程，使得對于建筑用地的需求量在迅速增加，城市用地出現(xiàn)緊張局面，為了使得該問題得到一定程度的緩解，越來越多的高層建筑拔地而起，進入人們的視線[1]。但是，由于多方面因素的影響，比如人的審美觀點、外部環(huán)境因素以及建筑所處位置的地質(zhì)因素等，不可避免的需要對建筑結(jié)構(gòu)實施不規(guī)則設計[2]。對于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，其不規(guī)則性不但表現(xiàn)在建筑的對稱不規(guī)則方面，還表現(xiàn)在建筑平面的凹凸不規(guī)則方面。雖然不規(guī)則設計能夠提升建筑的美觀，但是不規(guī)則設計會對建筑結(jié)構(gòu)的剛度產(chǎn)生顯著的影響，具體表現(xiàn)為不規(guī)則以及不連續(xù)問題。對于這方面的問題如果不進行科學合理的設計，就會對整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅，從而埋下重大的安全隱患[3]。因此為了確保高層建筑的質(zhì)量，相關(guān)的設計人員必須對結(jié)構(gòu)不規(guī)則性問題進行深入分析，在此基礎上制定出科學合理的設計方案。

1高層建筑不規(guī)則性含義及其特點

早在2012年的時候，我國就對高層建筑做出了明確定義：高度超過27m的住宅建筑或者是其它高度超過24m的非單層建筑都稱之為高層建筑。不管是從全方位造型上還是在建筑的形象上，不規(guī)則性和對稱規(guī)則的高層建筑之間都存在較大的差異。由于外部不可抗拒因素的影響，比如施工條件、周圍環(huán)境、以及設計因素等，通常情況下建筑體很難做到絕對規(guī)則或者對稱，出現(xiàn)不對稱或者不規(guī)則才是正常現(xiàn)象。建筑物不規(guī)則性的表現(xiàn)形式有很多，概括起來有下面幾點：在豎直方向上建筑物的剛度出現(xiàn)上不連續(xù)現(xiàn)象、建筑物局部樓板出現(xiàn)不連續(xù)想象、平面設計出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象。眾所周知，和規(guī)則性高層建筑相比較而言不規(guī)則性高層建筑對于建筑本身的要求會更高，比如主題結(jié)構(gòu)、電氣配線分區(qū)、設備管線、材料抗壓變形以及內(nèi)部用料等，上述各方面對于外部因素變化造成的影響應該有更好的適應性。在具體操作的過程當中，首先應該對建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的位置進行準確的判斷，只有這樣才可以有針對性的制定建筑結(jié)構(gòu)方案，從而確保整個建筑的安全性以及穩(wěn)定性。通常請況下，不規(guī)則建筑會導致建筑結(jié)構(gòu)在水平方向上出現(xiàn)偏心側(cè)力，該力的作用下使得建筑材料出現(xiàn)不同程度的扭轉(zhuǎn)變形。從上述的分析可以知道，為確保高層建筑具備足夠的抗側(cè)力，其施工成本必然會比普通建筑高很多。另外一方面，對高層建筑進行不規(guī)則性設計會對建筑的位移比的控制以及結(jié)構(gòu)布局等產(chǎn)生重大影響，所以，在設計高層建筑的過程中，必須綜合分析考慮有可能會對高層建筑結(jié)構(gòu)設計產(chǎn)生影響的所有因素。如圖1所示為阿爾哈姆拉大廈，在科威特首都科威特城，該建筑完工于2009，是典型的不規(guī)則高層建筑，具有重要的代表性。

2建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)種類

2.1豎向不規(guī)則。1）側(cè)向剛度不規(guī)則，確定是否為該種類型的標準如下：和上層相鄰樓層相比，某樓層其側(cè)向剛度數(shù)值低于前者的70%，或者是和上面三層的平均側(cè)向剛度相比，低于前者的80%，建筑的頂層不包括在內(nèi)，其他樓層水平收縮值應該超過下一相鄰樓層水平收縮值的25%；2）豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件不連續(xù)，確定是否為該種類型的標準如下：利用水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件作為橋梁，使得豎直方向上一些抗側(cè)力結(jié)構(gòu)本身內(nèi)力向下傳遞；3）樓層承載力突變，對于這種類型的不規(guī)則建筑，其各個樓層中抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到的剪切程度低于上一相鄰樓層對應值的80%。2.2平面不規(guī)則。毫無疑問如果平面質(zhì)量存在偏心問題，必然會對建筑平面不規(guī)則造成一定的影響，建筑中所使用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件其截面尺寸如果存在差異會引起質(zhì)量偏心問題，另外，在施工過程中以及建筑使用過程中同樣有可能引起質(zhì)量偏心問題；再就是平面剛度如果存在偏心同樣會影響到建筑平面不規(guī)則性，平面剛度又可以細分為平面外剛度以及平面內(nèi)剛度，所謂平面內(nèi)剛度指的是和載荷作用方向相同的剛度，相反地，和載荷作用方向相反的剛度稱之為平面外剛度。在建筑施工的過程中，受到施工條件以及周圍施工環(huán)境的影響，此外，不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件承擔的載荷一般也存在差異，這些因素的存在造成平面結(jié)構(gòu)剛度不均勻，造成偏心問題；最后就是平面強度，如果存在偏心也會影響到建筑平面不規(guī)則性，通常情況下，不管是設計人員還是施工人員都只注重平面剛度偏心問題以及平面質(zhì)量偏心問題，而強度偏心問題卻經(jīng)常被忽視。在建筑施工過程中，不管是鋼筋還是混凝土都存在選擇不確定性，這必然會導致建筑結(jié)構(gòu)的設計強度和實際施工強度之間不完全一致，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面存在不同程度的強度偏心，最終對結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性產(chǎn)生影響。

3加強不規(guī)則設計合理性方法以及實踐

3.1降低建筑結(jié)構(gòu)偏心距。上文中已經(jīng)闡述，建筑結(jié)構(gòu)如果存在偏心距會在一定成程度上影響高層建筑的質(zhì)量，所以，在設計的時候就應該盡可能的降低建筑結(jié)構(gòu)偏心距，從源頭上消除不利因素，以此來保證整個建筑的安全穩(wěn)定。通常情況下，為使得建筑結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)效應得到有效的改善，最好的措施就是對建筑的整體布局進行合理調(diào)整，盡可能降低樓層的位移比，減小質(zhì)心和剛心之間的距離，可以有效提升建筑的穩(wěn)定性。具體降低偏心距的措施有：首先計算分析建筑結(jié)構(gòu)，在此基礎上適當?shù)恼{(diào)整建筑結(jié)構(gòu)中的不規(guī)則平面布局，然后再對調(diào)整后的建筑機構(gòu)進行計算分析，對其進行準確驗算，保證所得數(shù)據(jù)萬無一失。建筑的質(zhì)心和剛心可以通過上述的計算來確定，此外，通過計算能夠詳細且準確的掌握建筑結(jié)構(gòu)剛度分布狀況，在此基礎上再對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件作出適當調(diào)整，進一步提升高層建筑的穩(wěn)定性。3.2合理調(diào)整抗側(cè)強度以及扭曲剛度。根據(jù)有關(guān)的研究以及調(diào)查可以知道，高層建筑結(jié)構(gòu)其自我振動周期平方值和建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應存在緊密聯(lián)系。根據(jù)上述理論，為了降低高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，可以從建筑結(jié)構(gòu)的振動周期入手，通過對振動周期的調(diào)整來削弱扭轉(zhuǎn)效應。在設計剪力墻的時候，特別是和結(jié)構(gòu)剛度中心距離較遠的墻體，設計人員應該科學合理的調(diào)整墻體厚度和長度。具體而言，可以在結(jié)構(gòu)邊緣裝設梁、柱等，通過這樣的措施使得結(jié)構(gòu)抗扭強度得以改變，從而減小其振動周期。另外，還可以改變邊緣連梁剛度數(shù)值來調(diào)整扭曲剛度，理論上說提升連梁抗剪承受力能夠在一定程度上優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能，具體而言就是適當增加剪力墻連梁截面寬度。采取該種措施還能夠在一定程度上提升剪力墻連梁結(jié)構(gòu)整體剛度，可以使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到有效保障，所以相關(guān)設計人員針對該方面進行設計的時候可以借鑒。3.3提升不規(guī)則結(jié)構(gòu)周邊抗扭構(gòu)件抗剪力。在地震雙向水平作用條件下，高層建筑的整體結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定程度的變形，如果該變形尚且處于彈性時期，那么還能夠恢復正常，建筑的整體形狀不會出現(xiàn)改變，但是如果該變形進入了非彈性時期，那么該部分變形將無法恢復，也就是說建筑的整體形狀發(fā)生了改變，這必將引起偏心問題。因此，為了保證建筑在地震情況下部出現(xiàn)偏心問題，相關(guān)設計人員在設計的時候應該綜合考慮建筑抗震規(guī)范以及建筑抗震性能等問題，適當?shù)奶嵘灰?guī)則結(jié)構(gòu)周邊抗扭構(gòu)件抗剪力，以確保地震作用下建筑部出現(xiàn)形狀改變，使得不規(guī)則建筑的整體剛度得以強化。3.4建筑不規(guī)則設計實例。該建筑其設計可謂是另辟蹊徑，就設計而言，不管是在重力結(jié)構(gòu)還是在高度上面臨的挑戰(zhàn)都非常大。該建筑的空間形態(tài)好像2個“Z”字進行纏繞交叉，為三維環(huán)形形態(tài)。不可否認的是CCTV總部大樓是建筑不規(guī)則設計的典型，向人們很好的展現(xiàn)了不規(guī)則結(jié)構(gòu)的魅力以及我國不規(guī)則設計技術(shù)水平。相對于傳統(tǒng)建筑而言，該建筑的成功建設無疑是一次很大的突破，對傳統(tǒng)建筑風格進行了非常大的創(chuàng)新，并且將很多時代元素融入其中，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

4結(jié)語

由于多方面因素的影響，不可避免地需要對建筑結(jié)構(gòu)實施不規(guī)則設計。因此為了確保高層建筑的質(zhì)量，相關(guān)的設計人員必須對結(jié)構(gòu)不規(guī)則性問題進行深入分析，在此基礎上制定出科學合理的設計方案，從根本上確保建筑不規(guī)則設計的科學性和合理性。

參考文獻：

[1]曹軍.高層建筑結(jié)構(gòu)設計中平面不規(guī)則問題的分析與抗震措施[J].中華建設，2012(12):172-173.

[2]何禮達.論不規(guī)則性在高層建筑結(jié)構(gòu)設計中的運用[J].河南科技，2010(14):30.

[3]李顯.關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設計不規(guī)則性的實踐分析[J].建筑工程技術(shù)與設計，2015.

作者:張海濤 單位:甘肅省建筑設計研究院有限公司