淺談高層建筑中平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施

1、淺談高層建筑中平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施 摘 要：社會的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的提高，使人們不再滿足于建筑物的規(guī)則性設(shè)計。人們追求與眾不同的不規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原因是，不規(guī)則建筑物往往能夠達(dá)到造型美觀的效果，這也是設(shè)計者所頭疼的問題，對結(jié)構(gòu)設(shè)計師而言也是一個巨大挑戰(zhàn)。除此之外，高層建筑平面不規(guī)則性設(shè)計容易引起一些問題，比如結(jié)構(gòu)在水平方向上的偏心測力，不利于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力。本文介紹了高層建筑中不規(guī)則建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合某工程案例對高層建筑中平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計措施進(jìn)行了探討。 關(guān)鍵詞：高層建筑；不規(guī)則性；結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 高層建筑中不規(guī)則建筑的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國科技技術(shù)水平的逐步提升，我國建筑行業(yè)也在不斷的發(fā)

2、展。隨著城市的不斷擴(kuò)建，設(shè)計者們?yōu)榱擞铣鞘薪ㄔO(shè)的發(fā)展需求，他們已經(jīng)逐步更新了自己以往建筑物必須要對稱、規(guī)則的觀念，他們正試著建造一些標(biāo)新立異、新穎別致、獨(dú)樹一幟的建筑，如非對稱、不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)物。隨著人們的觀念的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)如今大城市中出現(xiàn)了許許多多復(fù)雜體型和不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這種趨勢在某種程度上代表了我國建筑的發(fā)展方向。 2 某工程平面不規(guī)則構(gòu)件設(shè)計及其設(shè)計措施 工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，存在平面不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向體型收進(jìn)等抗震不利因素，為不規(guī)則高層建筑，須進(jìn)行抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。合理布置剪力墻以減弱結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度，緩解豎向剛度突變部位和平面薄弱環(huán)節(jié)在地震作用下應(yīng)力和變形的集中

3、程度，對薄弱部分進(jìn)行中震不屈服分析并采取適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下的抗震性能。 2.1 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件設(shè)計 2.1.1 結(jié)構(gòu)形式 工程設(shè)計利用樓、電梯間設(shè)置核心筒，在外圍框架柱內(nèi)嵌入剪力墻形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式在較好地滿足下部商場和上部住宅建筑功能的同時，保證了結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件的連續(xù)，具有良好的抗側(cè)剛度和抗扭性能。 2.1.2 結(jié)構(gòu)平、立面布置 核心筒剪力墻布置時，縱、橫向剪力墻力求均勻?qū)ΨQ并互為翼墻，并保證筒體角部墻肢的完整性，提高核心筒的抗震性能。通過優(yōu)化調(diào)整建筑物周邊剪力墻墻肢長度和厚度，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心和剛度中心的接近或重合，減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 2.1.3上

4、部結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件設(shè)計 （1）剪力墻的設(shè)計 核心筒周邊和結(jié)構(gòu)外圍剪力墻厚度從下往上分別為350，300，250，200mm，對應(yīng)的剪力墻端柱及框架柱的截面尺寸分別為700，600，500mm，混凝土強(qiáng)度等級分別為C40，C35，C30。 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為15104.859t。X向最小剪力系數(shù)5.09%，Y向最小剪力系數(shù)5.26%，滿足抗規(guī)第5.2.5條最小剪力系數(shù)3.2%的規(guī)定。 （2）框架梁、暗梁和次梁的設(shè)計 嵌入框架柱之間的剪力墻在樓面位置設(shè)暗梁，暗梁寬度為墻寬，高度取墻寬的兩倍且不小于600mm，該暗梁參與結(jié)構(gòu)整體計算并按框架梁計算配筋。核心筒區(qū)域剪力墻設(shè)邊框暗梁，寬度為墻寬，高度為墻寬的兩倍，

5、該暗梁按抗震構(gòu)造配筋。 （3）樓板設(shè)計 豎向體型突變部位及上下1層的樓板厚度分別為150，130mm，雙層雙向配筋，配筋率取計算振型數(shù)與周期比。 振型數(shù)與周期比簡單計算：結(jié)構(gòu)計算振型數(shù)取15個，X向的有效質(zhì)量系數(shù)98.66%，Y向的有效質(zhì)量系數(shù)99.92%，滿足高規(guī)第5.1.13規(guī)定。結(jié)構(gòu)第1振型為X向平動，第2振型為Y向平動，第3振型為扭轉(zhuǎn)，T3/T1=0.7761，滿足高規(guī)第3.4.5規(guī)定。值且不小于0.25%。 2.2 結(jié)構(gòu)的不規(guī)則情況和設(shè)計措施 2.2.1 樓板不連續(xù) 為提高樓板削弱區(qū)域抗震性能，豎向體型突變部位的樓板在該區(qū)域的厚度取180mm，其他樓層的板厚在該區(qū)域分別增加30mm，

6、該薄弱區(qū)域樓板鋼筋采用雙層雙向通長設(shè)置，配筋率不小于0.30%。樓板邊緣設(shè)扁梁，扁梁上部縱筋直錨入樓板內(nèi)，錨固長度按照抗震要求確定。 2.2.2 凸凹不規(guī)則 本工程層421平面凸出長度為11.3m，大于平面突出方向結(jié)構(gòu)總長度（22m）的51.4%，按照高規(guī)判別為凸凹不規(guī)則。結(jié)構(gòu)設(shè)計時對平面尺寸突變位置的樓板厚度和配筋進(jìn)行加強(qiáng)。 2.2.3 豎向體型收進(jìn) （1）豎向體型收進(jìn)的判別 因建筑使用功能變化，本工程層4以上結(jié)構(gòu)平面部分收進(jìn)，體型收進(jìn)位置的高度為11.1m，為建筑總高度的17%，接近高規(guī)第3.5.5條20%的限值。收進(jìn)后的平面寬度為12.7m，為下部樓層對應(yīng)寬度的49.6%。按照高規(guī)第3.

7、5.5條收進(jìn)后的平面尺寸不宜小于下部樓層平面尺寸75%的規(guī)定，本工程為結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則。 （2）豎向體型收進(jìn)建筑的抗震加強(qiáng)措施 結(jié)構(gòu)薄弱層在多遇地震作用下的剪力設(shè)計值乘以1.25的增大系數(shù)。該樓層剪力墻的墻肢名義剪應(yīng)力的控制和剪力墻水平抗剪鋼筋的配置采用中震不屈服分析的計算剪力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時上部收進(jìn)樓層和相鄰下部樓層對應(yīng)位置剪力墻和框架柱的截面尺寸不變，混凝土強(qiáng)度等級不變，以減小兩個樓層的抗側(cè)移剛度和承載力的差異。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時豎向體型收進(jìn)樓層及地上層4設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，提高墻肢的抗震性能。對豎向體型突變部位及其上、下一層樓板的厚度和配筋采取加強(qiáng)措施。 3 不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)采取的措施 3

8、.1 減小建筑結(jié)構(gòu)的相對偏心距。 相關(guān)研究表明建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與相對偏心距在一定程度上是成線性關(guān)系的，如果想要改善建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，以及進(jìn)一步的縮小樓層的位移比，則可以通過調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的平面布置，進(jìn)而使得建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心可以更加的接近。實(shí)踐工程中減小建筑結(jié)構(gòu)偏心距的常用方法有： 調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性布置應(yīng)該是在初步計算分析后才進(jìn)行，通過初步計算的結(jié)果找到建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心、剛心，同時需要做的便是通過相關(guān)數(shù)據(jù)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)比較準(zhǔn)確的判斷建筑結(jié)構(gòu)的剛度分布，最后在適當(dāng)?shù)脑鰷p距質(zhì)心較遠(yuǎn)的抗側(cè)力構(gòu)件。 3.2 調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和抗扭剛度比。 由相關(guān)研究表明：建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)與結(jié)構(gòu)周期比的

9、平方的關(guān)系基本上是線性的關(guān)系，所以在設(shè)計建筑物時，可以考慮適當(dāng)?shù)臏p小建筑結(jié)構(gòu)的周期。在做剪力墻時，則需要在合理的范圍內(nèi)盡量的加長或者增厚周邊剪力墻，特別需要重視的是那些離剛心最遠(yuǎn)處的剪力墻。加大結(jié)構(gòu)抗扭剛度的一般做法是在建筑結(jié)構(gòu)邊上設(shè)拉梁，同時縮小建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期，還可以通過增加周邊連梁的剛度來實(shí)現(xiàn)。 3.3 提高周邊抗扭構(gòu)件抗剪力。 要保證建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈震動下依然安全，只靠調(diào)整結(jié)構(gòu)布置是不夠的。相關(guān)技術(shù)人員通過實(shí)驗(yàn)得到了如下的結(jié)論，即：當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)處于非彈性時期時，對稱的建筑結(jié)構(gòu)受到雙向水平地震作用便會隨形態(tài)變化的而偏心。如果考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，則應(yīng)該強(qiáng)化那些受抗扭效應(yīng)制約構(gòu)件的抗剪性能，以便使得建筑結(jié)構(gòu)可以在強(qiáng)震作用下保持整體彈性狀態(tài)。 結(jié)束語：地震災(zāi)害時有發(fā)生，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)卻大量涌現(xiàn)，這對新時期背景下的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提出了更高的要求。建筑結(jié)構(gòu)之所以分為規(guī)則結(jié)構(gòu)和不規(guī)則結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)椴煌慕Y(jié)構(gòu)下，地震的作用受力特點(diǎn)和震害特點(diǎn)不同。引起不規(guī)則的因素比較復(fù)雜，對不規(guī)則的準(zhǔn)確界定及具體指標(biāo)仍然存在不足，不能完全依賴結(jié)構(gòu)的規(guī)則性規(guī)范下的定量指標(biāo)。設(shè)計人員要結(jié)合高層建筑設(shè)計采取針對性的措施，加強(qiáng)不規(guī)則的應(yīng)用，提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全有效性，為整個高層建筑