平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1、    平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計    吳登翔周達靖摘要：科學(xué)技術(shù)不斷的進步，建筑行業(yè)良好的發(fā)展趨勢，使得設(shè)計師解放了設(shè)計自身的局限性，奇妙的構(gòu)思，大膽的想象，導(dǎo)致建筑的多樣性。樓房建設(shè)的越來越高可以說是當代建筑的一個特點，同時也因設(shè)計者獨特的思想創(chuàng)造了一些平面不規(guī)則的高層建筑，這些建筑不僅僅代表著科技水平的提高，同時也反映的社會的進步。建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的，本文就是通過相應(yīng)的工程建筑實例，對平面不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行深入分析。關(guān)鍵詞：平面不規(guī)則；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計對于建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，我國有相應(yīng)的規(guī)范要求，要求建筑的平面布置需要具有規(guī)則性

2、，相應(yīng)的的結(jié)構(gòu)之間需要存在一定的對稱關(guān)系，建筑的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計需要協(xié)調(diào)合理，不應(yīng)該選用不規(guī)則的平面布置方案，這樣對于結(jié)構(gòu)的整體的性能會造成不利的影響。但是新技術(shù)、新材料的不斷出現(xiàn)，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為平面不規(guī)則高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了技術(shù)保障，如今傳統(tǒng)的建筑規(guī)范要求已經(jīng)漸漸不適用于當今的建筑需求。品面不規(guī)則建筑為城市建設(shè)添加了新的風(fēng)貌。一、高層建筑平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計問題高層建筑會因為結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則使得建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，當然外界不良因素對于建筑的影響也會造成結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，外界不良因素的影響指的是例如建筑區(qū)域內(nèi)發(fā)生地震，地震會對地面結(jié)構(gòu)造成嚴重的影響，地面某部分結(jié)構(gòu)會發(fā)生位移

3、，存在的一定扭轉(zhuǎn)力就會使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)本身也會導(dǎo)致這種不良現(xiàn)象的產(chǎn)生，以往的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，會把建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計想象成一種平面的模型，這種設(shè)計方法只是適用于原來循規(guī)蹈矩的規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計，在不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中會存在很大的缺陷，因為不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的建筑，建筑的質(zhì)量中心和剛度中心所在位置很在一定的差距，并沒有相互的重合。在高層建筑品面不規(guī)則結(jié)構(gòu)實際時，首先要考慮極限的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而確定建筑需要控制扭轉(zhuǎn)力的額度，并且能對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的周期指標有一定的了解，要嚴格的保證建筑可以擁有良好的抗扭轉(zhuǎn)性能，這樣才能更好地對周期進行控制，位移比的控制也應(yīng)格外的注意，提升性能有效途徑就是提升建筑的質(zhì)量和整體結(jié)構(gòu)

4、的剛度。二、工程概述某工程建筑面積11457.3，共21層高66.12m，地下室1層地上3層是商業(yè)廣場，層高3.6m，以上樓層為住宅區(qū)，層高3m。工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用平面不規(guī)則、扭矩不規(guī)則設(shè)計，合理的剪力墻能夠提高建筑的穩(wěn)定性，需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的薄弱部分采取抗震構(gòu)造設(shè)計。工程在建筑中中分是用了電梯等，嵌入剪力墻，滿足下部商場和上部民用建筑的同時，保證構(gòu)件的連續(xù)性。剪力墻在設(shè)計中，縱橫面力求平衡，提高抗震性能，為減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需要優(yōu)化調(diào)整周邊潛力強長度以及寬度設(shè)計。地下室頂板厚180mm，采用了雙層雙向配置，配筋率0.25%。核心結(jié)構(gòu)外力剪力墻厚度從上往下分別為200、250、3

5、00、350mm，相應(yīng)的剪力墻截面尺寸為500、600、700mm。樓面設(shè)暗梁，寬度超過墻寬度至少600mm，按照框架梁計算配筋，剪力墻邊框的暗梁寬度與墻寬相等，高度是墻寬的兩倍。樓板豎向體型突出部位厚度為150mm，上下層樓板厚度為130mm，配筋率超過0.25%.三、架構(gòu)整體計算該建筑工程使用年限為50年，抗震等級為8度、第三組，預(yù)計設(shè)計地震加速度數(shù)值設(shè)定為0.2，建筑場地特征周期為0.45s，一般地震影響系數(shù)不超過0.16，最大為0.9，屬于一級抗震等級，地面粗糙度為b類設(shè)計。樓面設(shè)計依照實際情況設(shè)定為居民樓2.0kn/，樓梯間荷載圍為3.5kn/，衛(wèi)生間荷載為2.0kn/，陽臺荷載為2

6、.5kn/，要求上人屋面荷載達到2.0kn/。結(jié)構(gòu)整體計算采用satwe和pmsap軟件計算，satwe最大地震效應(yīng)角度角為45.285度，pmsap計算結(jié)果與之很接近，取15個結(jié)構(gòu)計算振型，x向和y向的有效質(zhì)量系數(shù)分別設(shè)定為98.66%、99.92%，結(jié)構(gòu)第一振型和第二陣型分別為x向平動、y向平動，第三振型為扭轉(zhuǎn)。荷載和地震作用下，滿足高規(guī)設(shè)定要求。建筑總質(zhì)量為15104.541t，x向和y向最小建立系數(shù)分別為5.09%、5.26%，大于3.2%，滿足規(guī)定要求。在雙向震動作用下，考慮到偶然偏心因素，最大彈性層間位移與樓間平均層間位移比為1.39：1.21，滿足要求。x向與y向結(jié)構(gòu)各層豎向?qū)优c

7、層之間的剛度滿足高俅，結(jié)構(gòu)豎向不存在薄弱層，地下室和一層x向和y向的剛度比滿足要求。x向和y向?qū)优c層之間抗剪承載力比值范圍分別在0.9001.340、0.9001.330，滿足要求。四、結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計措施在此設(shè)計中為提高薄弱地區(qū)的抗扭性能，豎向體型突變部位厚度設(shè)定為1800mm，鋼筋設(shè)計采用雙層雙向通長設(shè)計，配筋率大于0.30%.工程在421層民用建筑的設(shè)計中平面凸出長度為11.3m，加強凸出位置的樓板厚度和配筋率。由于此建筑的上下層之間作用不同，因此在4層以上的平面結(jié)構(gòu)部分收近高度11.1m，收進后的平面寬度為12.7m，滿足要求。結(jié)構(gòu)薄弱層在多遇地震情況下，剪力值設(shè)計乘與最大系數(shù)，樓層剪力

8、墻的設(shè)計采用中震不屈服分析的計算剪力。相鄰兩層之間的框架柱與剪力墻的尺寸面積相等，所采用的混凝土等級相同。為減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，剪力墻的布置要求均勻?qū)ΨQ，并在此基礎(chǔ)上加強周邊剪力墻的抗側(cè)剛度，經(jīng)過計算本工程，x向和y向的質(zhì)量中心和剛度中心分距離別為0.010.07m、0.050.37m，對應(yīng)的建筑物邊長分別為0.27%、1.50%。在工程設(shè)計中采用了轉(zhuǎn)角窗的設(shè)計，削弱了結(jié)構(gòu)的抗扭性能，屬于薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計，容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的局部破壞現(xiàn)象，在設(shè)計中，轉(zhuǎn)角窗的兩側(cè)設(shè)置剪力墻，加強樓板板筋的配置率，并在洞口邊緣的端柱之間設(shè)置暗梁，提高抗扭性能。在中震不屈服的設(shè)計中，為了提高建筑結(jié)構(gòu)的塑性耗能能力，地震影響系

9、數(shù)取最大值0.45，為了保證結(jié)構(gòu)安全，設(shè)計采用彈性力時程分析法補充計算，內(nèi)置特征周期為0.45s，地震加速度是程曲線最大為70cm/s2，加速度依照最大1：0.85取值。五、抗震設(shè)計針對工程的實際，綜合分析各方面因素，采取的抗震技術(shù)措施主要有：在建筑允許的情況下盡量加長加厚周邊剪力墻，尤其是離剛心最遠處，將剛心和質(zhì)心偏心率調(diào)整到最小，減小扭轉(zhuǎn)周期，將結(jié)構(gòu)調(diào)整成扭轉(zhuǎn)規(guī)則結(jié)構(gòu)。削弱核心筒連梁，采用弱連梁連接，使平動周期增大，增大平扭周期比?？刂茐χS壓比，提高柱的縱筋配筋率和箍筋配筋率（特別是角部），縱筋配筋率均加大一級，柱箍筋全樓加密，角柱加芯柱，來提高結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件在大震中抵抗的變形能力。在凹角處增設(shè)45°斜向鋼筋，抵抗角區(qū)應(yīng)力集中，加強薄弱處的板厚和配筋?？偨Y(jié)：根據(jù)以上內(nèi)容本文首先講述了平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，然后根據(jù)相應(yīng)的工程實例進行分析。我國建筑行業(yè)發(fā)展的速度很快，平面不規(guī)則高層建筑建設(shè)的數(shù)量越來越多，這是建筑設(shè)計者面臨的挑戰(zhàn)也是巨大的機遇，要嚴格的保證建筑的科學(xué)性、合理性，