顏劍超 （中鐵十一局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)院，湖北武漢430000）

關(guān)鍵字：高層建筑；不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；抗震措施；問題

現(xiàn)代城市發(fā)展的過程中，涌現(xiàn)出了一系列造型別致的不規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)，但是在建筑強(qiáng)調(diào)美觀的同時(shí)更重要的還是其安全性以及實(shí)用性，這種不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)展的過程中也因此遇到了一些問題，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員細(xì)心的分析各種因素并且找出相關(guān)結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行合理的布置，以滿足建筑的實(shí)際需求。

1 現(xiàn)代高層建筑中不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)特點(diǎn)

1.1 豎向的不規(guī)則性

在建筑設(shè)計(jì)中常見的不規(guī)則結(jié)構(gòu)是豎向不規(guī)則類型，關(guān)于豎向不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)具體包括以下之中類型：第一種情況是豎直方向向上的抗側(cè)力以及豎向側(cè)壓力的不規(guī)則性產(chǎn)生的內(nèi)力，通過水平方向的轉(zhuǎn)換構(gòu)建向下傳遞；第二種，樓層之間的相關(guān)質(zhì)量突變，相鄰兩個(gè)樓層之間的質(zhì)量大于下一個(gè)樓層質(zhì)量的1.5倍，作為相應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)[1]；第三種，側(cè)向剛度不規(guī)則的情況以該樓層的側(cè)向剛度值小于該樓層以上相鄰三個(gè)樓層的側(cè)向剛度平均值的80%，除掉頂層的相關(guān)樓層布局所收進(jìn)的水平向尺度應(yīng)該大于相鄰下一樓層的25%，或者小于與其相鄰的上一樓層側(cè)向剛度的70%作為相應(yīng)的判斷依據(jù)。

1.2 平面的不規(guī)則性

在現(xiàn)代的高層不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中除了具有豎向不規(guī)則性之外，還有常見的平面不規(guī)則性的建筑結(jié)構(gòu)。其中，凹凸不規(guī)則這一類型是根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)面凹進(jìn)去的一側(cè)尺寸，大于實(shí)際投影方向上總尺寸的百分之三十作為實(shí)際的判斷標(biāo)準(zhǔn)。樓板局部的不規(guī)則也是平面不規(guī)則的一種類型，主要是根據(jù)樓板的尺寸大小以及平面剛度所發(fā)生的急劇變化作為相應(yīng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。而扭轉(zhuǎn)不規(guī)則這一類型，主要是表現(xiàn)在每一層樓所產(chǎn)生的最大彈性水平移位是整棟樓層的兩端層間移位平均值的1.2倍。

2 不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)力，這本身就對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)存在著一定程度上的影響[2]。例如，對(duì)于房屋的高寬比方面，因?yàn)橐恍┙ㄖ墓δ苄枨?，下部分的通常?huì)設(shè)計(jì)成大空間的結(jié)構(gòu)，而上部分的隔墻等結(jié)構(gòu)較多，使得上下兩部分的剛度有著較大的差距，為了保證建筑的質(zhì)量安全，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)出合適的房屋寬度以及高度比。

3 不規(guī)則結(jié)構(gòu)問題在抗震設(shè)計(jì)中的相關(guān)注意要點(diǎn)

3.1 材料的選擇以及結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)

在地震發(fā)生時(shí)強(qiáng)大的作用力會(huì)對(duì)建筑造成影響，而隨著建筑高度的增加其影響因素也隨之不斷地變化，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞也會(huì)隨之提升，因此，我國將相關(guān)的高層建筑進(jìn)行了分類，與此同時(shí)對(duì)于一些抗震結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的高度也做了明確的限制。

3.2 結(jié)構(gòu)高度方面的問題

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)抗震效果造成影響之外，在實(shí)際的施工作業(yè)中建筑的高度問題以及對(duì)于材料的選擇也是十分重要的工作任務(wù)。在常見的高層建筑中，結(jié)構(gòu)體系以及相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料在一定程度上影響著建筑的強(qiáng)度。在不斷的探索創(chuàng)新的過程中，相關(guān)工作人員也發(fā)現(xiàn)了不少抗震性能較好的結(jié)構(gòu)材料以及體系。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于一些地震多發(fā)的地帶通常會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，而其他的一些地區(qū)則會(huì)使用鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工作業(yè)。除此之外，為了規(guī)范材料以及結(jié)構(gòu)體系的選擇我國對(duì)其做出了明確的規(guī)定，對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的最大適用高度進(jìn)行了明確的規(guī)定，這一點(diǎn)應(yīng)該引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。

3 建筑的相關(guān)形體

傳統(tǒng)的、較為簡單、對(duì)稱的建筑形體，在發(fā)生地震時(shí)工作人員可以很容易的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而可以及時(shí)的采取相應(yīng)的預(yù)防措施以及相關(guān)的細(xì)節(jié)部分處理。而不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)組成的一類較為復(fù)雜的建筑形體在地震發(fā)生時(shí)的估計(jì)是很難掌握的。因此，在進(jìn)行不規(guī)則結(jié)構(gòu)部分的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑的形體進(jìn)行合理的布置并結(jié)合相應(yīng)的抗震性以及經(jīng)濟(jì)合理性的相關(guān)影響等多個(gè)方面擇優(yōu)選取相應(yīng)的形體。

4 在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)中抗震的相關(guān)應(yīng)用措施

4.1 平面樓板不規(guī)則結(jié)構(gòu)中的抗震措施分析

在建筑施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非彈性性能可以在一定程度上降低地震對(duì)建筑的損害，但是在不規(guī)則結(jié)構(gòu)中的非彈性行為主要集中在不規(guī)則的區(qū)域，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部很容易造成破壞進(jìn)而引起一系列不好的影響。設(shè)計(jì)師在建筑設(shè)計(jì)中引進(jìn)不規(guī)則特性時(shí)，由于進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所使用的彈性設(shè)計(jì)方法不能較好的預(yù)測(cè)出地震發(fā)生時(shí)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的相關(guān)受力情況，進(jìn)而導(dǎo)致不規(guī)則結(jié)構(gòu)部分在設(shè)計(jì)中存在著一定的缺陷。平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用過程中的抗震效果較差，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)會(huì)因此受到損傷。例如，如圖1所示，在對(duì)地下室進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為了增加防震效果，可以選用180mm的樓板并且在樓面配置雙層雙向，配筋率為0.25%的鋼筋，在施工過程中還需要根據(jù)相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行加固。在進(jìn)行框架梁、次梁以及暗梁等部分的設(shè)計(jì)時(shí)，可以將暗梁的寬度設(shè)計(jì)成墻寬，將其嵌入到框架柱之間的剪力墻中，該暗梁參與結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算并且應(yīng)該按照框架梁進(jìn)行計(jì)算配筋。在核心筒區(qū)域的剪力墻設(shè)置相應(yīng)的邊框暗梁且該部分結(jié)構(gòu)需要按照抗震構(gòu)造進(jìn)行配筋。除此之外，為了提升樓板整體的抗震能力，對(duì)于一些樓板削弱區(qū)域可以適當(dāng)?shù)夭捎?80mm厚度的樓板進(jìn)行施工，而其他部位的板厚需要在該部分區(qū)域的基礎(chǔ)上分別增加30mm。扁梁結(jié)構(gòu)上部縱筋直錨入樓板內(nèi)部，并且錨固長度應(yīng)該按照相關(guān)的抗震標(biāo)準(zhǔn)固定在樓板邊緣。

圖1 地下室施工

4.2 綜合多種因素選擇合適的建筑場(chǎng)地

合理的建筑場(chǎng)地可以有效地降低后期建設(shè)的不良影響，從而在一定程度上節(jié)約工程項(xiàng)目的造價(jià)，因此在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于高層建筑的場(chǎng)地選擇是十分重要的。為了減少地震發(fā)生時(shí)可能對(duì)周圍環(huán)境以及建筑結(jié)構(gòu)造成的影響，場(chǎng)地應(yīng)該選在較為平坦的地方，在高層建筑工程施工時(shí)，為了有利于施工的進(jìn)行并且進(jìn)一步提升抗震能力，應(yīng)該盡量選擇建筑較為疏松的地段。

4.3 注意在建筑的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置相應(yīng)的隔震裝置

在地震發(fā)生時(shí)由于地震本身所具有的能量，導(dǎo)致會(huì)從建筑的底部一致向頂端產(chǎn)生沖擊，特別是不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)本身的剛度等方面較為薄弱，因而很容易受到無法估計(jì)的傷害。為了盡量降低其危害性，可以在建筑的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位設(shè)置相應(yīng)的隔震裝置，來減輕地震發(fā)生時(shí)的能量傳遞。除此之外，在對(duì)隔震裝置進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該選擇組成較為簡單的裝置，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)處采用隔震裝置會(huì)對(duì)樓層的自震周期造成影響，因此，通常會(huì)采用橡膠墊之類的材料或者混合的隔震措施進(jìn)行處理。相應(yīng)的隔震支座具有較穩(wěn)定的特性以及良好的恢復(fù)能力，在一定程度上起到建筑結(jié)構(gòu)支撐的效果，最大程度上保證建筑的安全。

4.4 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整建筑相關(guān)結(jié)構(gòu)的剛度大小

為了更好地提升不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的防震能力，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況對(duì)建筑相關(guān)結(jié)構(gòu)的剛度大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如果發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)受力不均勻的情況，那么設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行剪刀墻的設(shè)計(jì)過程中，就需要通過調(diào)節(jié)墻體的大小以及長度來對(duì)結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行調(diào)整。除此之外，如圖2所示在施工過程中通過改善建筑主體結(jié)構(gòu)邊緣裝置柱的方式來調(diào)節(jié)邊緣連梁值的大小，可以在一定程度上減低高層主題結(jié)構(gòu)相應(yīng)的自震周期，并對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的相關(guān)剛度起到調(diào)節(jié)作用。

圖2 剪力墻結(jié)構(gòu)施工

4.5 對(duì)不規(guī)則部件進(jìn)行合理布局

為了盡量減少施工過程中意外事故發(fā)生的可能性，在建筑設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)需要對(duì)不規(guī)則部件進(jìn)行合理的安排布置，從而避免由于不規(guī)則部件散亂排布而出現(xiàn)的較大幅度的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。除此之外，為了盡量保證建筑結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定性，需要適時(shí)地對(duì)偏心距做出合理的調(diào)整，進(jìn)而改變平面的整體分布情況以及機(jī)構(gòu)的空間分布情況[4]。相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該加強(qiáng)建筑邊緣的相關(guān)結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度，從而最大程度上降低外力因素對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)高層建筑在受到雙向水平的地震作用后，在后續(xù)的彈性期間會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)相應(yīng)的形態(tài)因?yàn)榛貜椂话l(fā)生變化，但是在非彈性期間會(huì)發(fā)生形態(tài)變化而造成偏心的現(xiàn)象出現(xiàn)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)處于受力不均勻的狀態(tài)下，為了實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)分布效果，應(yīng)該適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)建筑邊緣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，減少外力對(duì)其的不利影響。

5 結(jié)語

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，國家的經(jīng)濟(jì)水平有了一定的提高，從長遠(yuǎn)的角度出發(fā)，為了促進(jìn)國家的健康持續(xù)發(fā)展建筑設(shè)計(jì)是城市的一面旗幟，兩者之間有著密不可分的關(guān)系，在城市規(guī)劃過程中的相關(guān)建筑設(shè)計(jì)有著較為深遠(yuǎn)的意義，為此高層建筑中的不規(guī)則性是符合時(shí)代發(fā)展的必然選擇。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該仔細(xì)考慮各項(xiàng)因素，在設(shè)計(jì)過程中要考慮到結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全，盡量減少整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏差的現(xiàn)象，進(jìn)而推動(dòng)建筑行業(yè)的進(jìn)步。