李非非 王超級 周興衛(wèi)

【摘要】在現(xiàn)代建筑發(fā)展體系中，高層建筑的發(fā)展比較迅速和重要，其穩(wěn)固性更加得到設(shè)計人員的重視。因而在對其進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)從提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)固度這一角度出發(fā)改善設(shè)計方案?；诖嬖诘拇罅慷囝^形凹凸不規(guī)則平面、A級高度住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的研究，從復(fù)雜體型超限高層建筑結(jié)構(gòu)的界定出發(fā)，探討扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與平動周期、扭轉(zhuǎn)周期比、位移比等參數(shù)的控制問題。本文就主要對建筑工程不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題進行了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;不規(guī)則;結(jié)構(gòu);設(shè)計

1、導(dǎo)言

近20年來，我國高層建筑工程的建設(shè)數(shù)量大幅增加，尤其是A級高度的高層居住建筑的數(shù)量劇增，居世界前列。由于建筑使用功能、土地利用率、美觀等要求導(dǎo)致建筑平面不規(guī)則、使得建筑結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化。從構(gòu)建科學(xué)合理的不規(guī)則建筑信息模型入手，設(shè)計出不規(guī)則建筑平面各設(shè)備的數(shù)據(jù)模型，優(yōu)化建筑數(shù)字化平面設(shè)計的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對線路進行設(shè)計，深入研究不規(guī)則建筑平面設(shè)計中各種關(guān)聯(lián)設(shè)計方法，提高不規(guī)則建筑專業(yè)的設(shè)計效率、質(zhì)量、水平。

2、不規(guī)則建筑造型數(shù)字化平面設(shè)計

設(shè)計的不規(guī)則建筑造型數(shù)字化平面主要功能包括不規(guī)則建筑設(shè)計相關(guān)信息的收集、分類、加工以及輸出，四位一體的數(shù)字化平面設(shè)計需要科學(xué)合理的不規(guī)則建筑信息模型。以此為基礎(chǔ)，能夠保證不規(guī)則建筑專業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立，進一步實現(xiàn)不規(guī)則建筑的平面關(guān)聯(lián)約束設(shè)計。

3、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的具體形式

3.1豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)

豎向不規(guī)則在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)中較為常見，具體包括側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)、層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)和樓層承載力突變結(jié)構(gòu)三種。側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)又可細分為兩種情況，第一是結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度小于相鄰上一層的側(cè)向剛度，且減少的范圍約為70%。第二種情況為除頂層之外的其他樓層的局部收進水平與相鄰下一層之間存在差值，且一般上一層超出相鄰下一層25%;層間質(zhì)量劇變結(jié)構(gòu)是指高層建筑的某個建筑構(gòu)造中的相鄰樓層之間的質(zhì)量差值，一般下一層樓比相鄰樓層質(zhì)量小1.5倍左右;樓層承載力突變結(jié)構(gòu)則強調(diào)的是不同樓層之間的承載力差值，且樓層承載力從上至下依次遞減。

3.2平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)

平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要包括樓板不連續(xù)、凹凸不規(guī)則和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則三類。樓板不連續(xù)主要體現(xiàn)在開洞后每一邊的凈寬長度的變化值，一般以2m為界，且小于臨界值;而凹凸不規(guī)則具體指的是樓層平面結(jié)構(gòu)形狀的不規(guī)則;最后是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，該類不規(guī)則形式也較為常見，且與層間位移密切相關(guān)，因而也會直接影響建筑的穩(wěn)固程度。

4、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1錯層設(shè)計

由于錯層結(jié)構(gòu)樓板不連續(xù)，應(yīng)對錯層結(jié)構(gòu)兩側(cè)各按一個標(biāo)準(zhǔn)層輸入進行結(jié)構(gòu)的整體計算和配筋計算。需要特別指出的是現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)計算軟件，可將錯層的樓層按一個樓層輸入，通過調(diào)整節(jié)點高度或構(gòu)件的高度來達到錯層的布置，軟件處理時并不能發(fā)現(xiàn)問題，但是計算結(jié)果卻很不合理，對采用如此方法建模的錯層結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意核查其合理性。另外，計算軟件不能區(qū)分真實樓層和計算樓層，所以軟件輸出的計算位移比不能直接采用，應(yīng)根據(jù)軟件輸出的位移，手工計算復(fù)核位移比。

（1）錯層處的框架柱截面高度不應(yīng)小于600mm，混凝土強度等級不應(yīng)低于C30，箍筋應(yīng)全長加密，且應(yīng)該滿足短柱的體積配箍率。抗震等級應(yīng)提高一級。（2）錯層處的剪力墻厚度抗震時不應(yīng)小于250mm，并應(yīng)設(shè)置與其垂直的墻肢或扶壁柱，抗震等級應(yīng)提高一級?；炷翉姸鹊燃壊粦?yīng)低于C30，應(yīng)加大水平和豎向分布鋼筋的配筋率。（3）若錯層處的框架柱和剪力墻不能滿足設(shè)計要求時，可在框架柱和剪力墻內(nèi)設(shè)置型鋼，增強框架柱和剪力墻的延性。

4.2防震縫的合理設(shè)置

在進行具體設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)合理的設(shè)置抗震縫。高層建筑的實際平面結(jié)構(gòu)一般較為復(fù)雜，在進行設(shè)計時，要針對不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行處理，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)，留置合理的抗震縫。在具體設(shè)置時，設(shè)計人員可以對平面結(jié)構(gòu)進行分區(qū)，使其形成較為簡單的結(jié)構(gòu)單元。而在具體設(shè)置抗震縫的過程中，工程人員也需要關(guān)注抗震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)體系，若結(jié)構(gòu)體系不一致，則要以較為不利的抗震場景為基準(zhǔn)進行抗震縫的優(yōu)化設(shè)計，可以對寬度進行收窄或擴寬，同時還可以結(jié)合相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)沉降情況合理的設(shè)置沉降縫。

4.3豎向體型收進的具體處理

某建筑工程由于有商業(yè)建筑和住宅區(qū)的區(qū)分，因而在4層商業(yè)建筑以上，結(jié)構(gòu)平面就出現(xiàn)了收進現(xiàn)象，具體的體型收進高度和收進后的平面寬度分別為11.1m和12.7m，基本達到建筑總高度的17%與下部樓層對應(yīng)寬度的49%。而上述比值已經(jīng)接近于高規(guī)第3.5.5條對應(yīng)的20%和75%的限值，因而可以將該結(jié)構(gòu)判定為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。針對豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員在進行處理時，應(yīng)關(guān)注抗震增強設(shè)計?；诖?，應(yīng)針對結(jié)構(gòu)薄弱層，以多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，以該值的剪力乘以1.25的增大系數(shù)。而在進行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員則要保持上部收進樓層和相鄰下部樓層對應(yīng)的剪力墻和框架柱的截面尺寸不出現(xiàn)變化，并且要使混凝土等級達到強度要求，由此可以保證使兩個樓層間的抗側(cè)移剛度和承載力處于較小的差值范圍內(nèi)。在具體的抗震不屈服設(shè)計活動中，設(shè)計人員應(yīng)從提高建筑結(jié)構(gòu)塑性角度出發(fā)進行設(shè)計，并對地震影響系數(shù)進行預(yù)估，在彈性時程分析法下進行補充計算，提高抗震設(shè)計精準(zhǔn)度。

4.4提升周邊抗扭構(gòu)件的抗剪力

高層建筑的設(shè)計人員在優(yōu)化不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計體系時，應(yīng)做好對周邊抗扭構(gòu)件抗剪力的提升設(shè)計。設(shè)計人員要結(jié)合前沿的結(jié)構(gòu)理論，即建筑結(jié)構(gòu)一旦處于非彈性狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)地震時，結(jié)構(gòu)會受到雙向的水平地震作用力的沖擊，由此會出現(xiàn)重心的變化，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。基于此，設(shè)計人員需要注重抗扭構(gòu)件這一細節(jié)，要能夠結(jié)合抗震性能的具體要求，采取恰當(dāng)?shù)拇胧┰黾涌古?gòu)件的抗剪力，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震彈性值。

結(jié)語：

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的錯層變化豐富，層次感非常強，錯層結(jié)構(gòu)是運用廣泛的一種結(jié)構(gòu)。在具體設(shè)計時，應(yīng)針對實際的工程案例進行不規(guī)則結(jié)構(gòu)的分析，找出需要進行不規(guī)則設(shè)計的部位，有針對性的開展設(shè)計工作，確保高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的豎向、橫向結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，同時也要彰顯出良好的抗震性能，不斷提升高層建筑整體效益。

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