李祖維

（廣州市番禺城市建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東省廣州 511400）

1 現(xiàn)代化建筑中不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

1.1 不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

隨著國(guó)民對(duì)建筑物個(gè)性化要求不斷提高，現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中不規(guī)則建筑逐漸增加。其中最為常見(jiàn)的有平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，兩種不規(guī)則形式的特點(diǎn)各不相同。

1.1.1 平面不規(guī)則性

平面不規(guī)則可分為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則以及樓板局部不連續(xù)三種形式。由于建筑平面要求，凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)往往是固有特性，以凹凸度和樓板尺寸作為不規(guī)則的判定標(biāo)準(zhǔn)[1]。近年來(lái)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的建筑數(shù)量較多，即樓層最大彈性水平位移大于該層平均水平位移的1.2倍，結(jié)構(gòu)師需盡量通過(guò)計(jì)算調(diào)整避免扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

1.1.2 豎向不規(guī)則性

豎向不規(guī)則類(lèi)型的可以分為四種：側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力不規(guī)則、質(zhì)量突變、承載力突變。四種豎向不規(guī)則類(lèi)型分別對(duì)建筑剛度、抗側(cè)力、樓層質(zhì)量和樓層承載力進(jìn)行判斷。由于現(xiàn)代建筑對(duì)底部大空間使用要求較高，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)成為一種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式。以國(guó)外某中央銀行大廈為例，結(jié)構(gòu)形式為帶轉(zhuǎn)換層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)，其中上部的64根柱子是通過(guò)托柱轉(zhuǎn)換，由10根框支柱轉(zhuǎn)換，就是典型的豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，同時(shí)亦存在樓層承載力突變。必須通過(guò)嚴(yán)格計(jì)算并采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 不規(guī)則建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著中國(guó)城市化步伐加快，城市的建筑水平不斷提高，越來(lái)越多的建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，加入了創(chuàng)新的設(shè)計(jì)理念，采用了更加新穎的建筑體型和建筑平面。因而不對(duì)稱、不規(guī)則的高層建筑的數(shù)量不斷涌現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜。大眾對(duì)豐富多樣的高層建筑帶來(lái)的視覺(jué)沖擊贊嘆不已，但是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的重視程度卻相對(duì)滯后。不規(guī)則建筑與體型規(guī)則的建筑相比，抗震性能較為脆弱，若不采取有效的抗震設(shè)計(jì)，在發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，將會(huì)有可能給人們帶來(lái)嚴(yán)重的生命威脅。因此必須要從根本上提高不規(guī)則建筑的抗震能力，在保證建筑美觀的同時(shí)，提高結(jié)構(gòu)承載力，從而推動(dòng)國(guó)家建筑行業(yè)的全面發(fā)展。

2 提高不規(guī)則高層建筑抗震性能的主要措施

2.1 減小高層建筑中相對(duì)偏心距

想要從根本上提高不規(guī)則高層建筑的抗側(cè)力性能，除了要確定具體的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之外，還要根據(jù)不規(guī)則高層建筑的主要特點(diǎn)，針對(duì)其中的薄弱位置采取合理的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)不規(guī)則建筑的主要缺陷，提高不規(guī)則建筑的抗側(cè)剛度。首先是相對(duì)偏心距。在質(zhì)心與剛心位置偏差較大時(shí)，結(jié)構(gòu)位移比往往較大，在強(qiáng)震作用下，可能導(dǎo)致角部的剪力墻破壞。通過(guò)對(duì)豎向構(gòu)件的合理布置，減小偏心率，有利于彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)不規(guī)則帶來(lái)的結(jié)構(gòu)抗震能力的削弱，保證結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。以世界著名建筑設(shè)計(jì)師貝聿銘為例，在全面展開(kāi)設(shè)計(jì)工作之前，首先對(duì)備選的建筑方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)試算，根據(jù)具體的參數(shù)數(shù)值，對(duì)建筑的平面和立面體型進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整，從建筑方案設(shè)計(jì)的源頭上避免出現(xiàn)偏心率較大的方案，使建筑既美觀又安全。

2.2 提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)、抗扭剛度

提高建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，特別是薄弱層的抗側(cè)移剛度，有助于改善結(jié)構(gòu)抗水平力的性能，在保證周期比滿足規(guī)范要求的前提下，適當(dāng)加強(qiáng)樓電梯間剛度，對(duì)電梯井采用全混凝土筒體，可以減小凹凸不規(guī)則及樓板不連續(xù)帶來(lái)的樓板削弱，在樓層內(nèi)有效傳遞水平力。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭剛度，可以在建筑外圍增加剪力墻或者做成高連梁，使得結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)在較高振型出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，較好滿足周期比要求。以作者設(shè)計(jì)的某雅居樂(lè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，建筑體型為風(fēng)車(chē)形，核心區(qū)域?yàn)闃请娞蓍g，存在樓板凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)兩項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)。最后通過(guò)設(shè)置全混凝土電梯井及周邊窗臺(tái)梁上翻加高的形式，達(dá)到了很好的效果，獲得了甲方高度肯定。

2.3 對(duì)超限不規(guī)則建筑進(jìn)行抗震超限審查

由于建筑使用功能要求，當(dāng)采用不規(guī)則建筑變成不可避免時(shí)，則結(jié)構(gòu)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則項(xiàng)進(jìn)行定性、定量判斷，針對(duì)不規(guī)則項(xiàng)進(jìn)行驗(yàn)算及采用加強(qiáng)措施。結(jié)構(gòu)是否超限可以由住建部下發(fā)文件《建質(zhì)[2015]67號(hào)》判定。在小震作用下補(bǔ)充彈性時(shí)程分析，根據(jù)彈性時(shí)程分析結(jié)果調(diào)整傳統(tǒng)CQC法的樓層剪力，并補(bǔ)充設(shè)防地震及罕遇地震作用下的彈塑性分析。彈塑性地震分析有靜力彈塑性及動(dòng)力彈塑性（彈塑性時(shí)程分析方法）等方法，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑高度、結(jié)構(gòu)不規(guī)則程度及結(jié)構(gòu)自震周期等選擇合適的方法。以作者設(shè)計(jì)的番禺祈福新邨某高度為170m的超高層建筑為例，由于樓高超過(guò)B級(jí)建筑高度限值，并且存在多項(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，設(shè)計(jì)中我們采用了小震下的彈性時(shí)程分析，中震及大震采用了等效彈性分析，并且對(duì)樓板應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，最終通過(guò)了超限高層抗震專項(xiàng)審查。

2.4 科學(xué)增加高層建筑防震縫

在實(shí)際的建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要面對(duì)平面較為復(fù)雜的高層建筑體型，由于不規(guī)則建筑的抗震性能差，震害較大，可以通過(guò)設(shè)置定量的防震縫，將不規(guī)則建筑劃分為多個(gè)體型規(guī)則的抗震單元，以保證工程的整體抗震安全性。比如，可以利用防震縫將組合型平面分成規(guī)則、簡(jiǎn)單的獨(dú)立空間，從而有效減輕了地震可能造成的碰撞，降低了出現(xiàn)房屋破壞的情況。同時(shí)，可以根據(jù)建筑中不利一側(cè)的結(jié)構(gòu)，來(lái)設(shè)計(jì)防震縫的具體寬度，如果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)距離較近的建筑的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)沉降值較大，就可以將防震縫兼作沉降縫使用。

3 總結(jié)

經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然帶來(lái)全新的建筑設(shè)計(jì)理念，在創(chuàng)新發(fā)展多類(lèi)型建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則的設(shè)計(jì)驗(yàn)算應(yīng)得到有效保證。提高這些不規(guī)則建筑抗震性能，可通過(guò)減小建筑的相對(duì)偏心距、調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度及對(duì)超限建筑進(jìn)行超限審查等方法，從而在保證建筑外部美觀的同時(shí)，提高建筑本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王海波.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的研究與應(yīng)用分析[J].價(jià)值工程，2016，35（7）：107～108.