楊振宏哈爾濱市民用建筑設(shè)計院

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性問題的研究

楊振宏
哈爾濱市民用建筑設(shè)計院

在建筑工程中，由于建筑具有一定的復雜性，各個環(huán)節(jié)聯(lián)系密切，因此極造成建筑施工中的失誤。在建筑工程中出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)象是常見的現(xiàn)象。建筑過程中，由于地形、地質(zhì)、與外界環(huán)境的變化，建筑結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化。同時，設(shè)計者的設(shè)計方面也是導致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則現(xiàn)象的原因之一。文章經(jīng)過實踐總結(jié)，建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計的建筑中，其不規(guī)則的類型具有多樣性，并探討了如何避免建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則現(xiàn)象的存在，根據(jù)實踐總結(jié)出經(jīng)驗，并提出了一些建議。

建筑結(jié)構(gòu)；不規(guī)則；問題；策略

前言：

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須對地形、地質(zhì)等變化情況進行了解，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計中與實際情況相結(jié)合，將受力部分著重管理，以保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、設(shè)計方案的合理。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分加強受力部分的建設(shè)，不僅能夠為建筑提供抗震性，還提高了建筑工程的經(jīng)濟效益。當產(chǎn)生不規(guī)則現(xiàn)象時，建筑會由于受到壓力發(fā)生變形情況，損毀了建筑整體發(fā)抗震功能，破壞建筑工程質(zhì)量，同時也影響了建筑物的美觀性。因此，為了避免建筑質(zhì)量及形狀受到損壞，必須嚴格重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不過則現(xiàn)象，嚴格控制施工規(guī)則，確保各個環(huán)節(jié)的準確性。

1 建筑結(jié)構(gòu)中不規(guī)則建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國城市化進程日益加快，人們對于建筑設(shè)計的要求不斷提高，人們在追求舒適、安全的同時，對建筑風格和建筑結(jié)構(gòu)有了更加新穎和獨特的想法。越來越多的建筑也改變了傳統(tǒng)單一的建筑風格，不斷結(jié)合創(chuàng)新的設(shè)計理念。因此，不規(guī)則建筑和非對稱性建筑成為城市建筑群中一道亮麗的風景。

2 建筑結(jié)構(gòu)中的不規(guī)則類型

建筑工程中，建筑結(jié)構(gòu)一般分為兩種類型，第一種是豎向不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)，第二種是平面不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)。其中豎向不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)還包括側(cè)向不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不具備連續(xù)性，以及結(jié)構(gòu)的承載力發(fā)生突變的現(xiàn)象；而平面不規(guī)則類型結(jié)構(gòu)主要包括平面具有凹凸形狀、扭轉(zhuǎn)的測力出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象以及結(jié)構(gòu)中樓板的不連續(xù)等等。以下是上面兩種不規(guī)則現(xiàn)象的分析：

2.1 豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型判斷

第一種：側(cè)向剛度不規(guī)則情況。根據(jù)規(guī)定，樓層之間存在的側(cè)向剛度的數(shù)值應該比相鄰的一個樓層的側(cè)向剛度小70%，還有一種情況就是這個樓層必須小于與其相連的以上三個樓層之間的平均側(cè)向剛度值，頂層樓層除外。與此同時，在樓層個別出現(xiàn)收縮現(xiàn)象時，其長度應該大于其以下一個樓層的25%。通過這些數(shù)據(jù)可以判斷該建筑是否是不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。如果與以上數(shù)據(jù)不相符，超過其數(shù)值或者小于其數(shù)值的情況就屬于側(cè)向剛度的不規(guī)則現(xiàn)象。

第二種：豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)情況。這種情況的判斷主要是通過檢測在數(shù)值上抗側(cè)力構(gòu)件能否通過水平的力的轉(zhuǎn)變而將力向下進行傳遞的情況，如果出現(xiàn)該情況的發(fā)生，則該結(jié)構(gòu)屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件的不連續(xù)現(xiàn)象。

第三種：各個樓層之間承載力發(fā)生突變的現(xiàn)象。判斷這種情況的不規(guī)則現(xiàn)象主要是通過觀察樓層間的首受剪程度與相鄰以上樓層之間的數(shù)值，如果出現(xiàn)該樓層的受剪程度小于上一個樓層的80%時，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)；反之，超過80%時，就屬于正常結(jié)構(gòu)。

第四種：各個樓層質(zhì)量發(fā)生突變現(xiàn)象。一般情況下，各個樓層之間的質(zhì)量需要超過該樓層以下一層的總質(zhì)量的1.5倍之多，如果出現(xiàn)該種情況，則屬于樓層間質(zhì)量的突變現(xiàn)象。

2.2 平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類型判斷

第一種：扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的不規(guī)則現(xiàn)象。每一個樓層結(jié)構(gòu)中的彈性進行水平位移的尺寸必須大于與該樓層相鄰的兩個樓層的水平位移數(shù)值，該數(shù)值必須在1.2倍之間，如果小于相鄰樓層的1.2倍數(shù)值，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)；同時，判斷該種情況也可以根據(jù)該樓層的水平最大謂一致是相鄰兩端樓層的平均的1.2倍屬于正?，F(xiàn)象，反之，則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

第二種：凹凸結(jié)構(gòu)的不規(guī)則現(xiàn)象。一般情況下，如果整個結(jié)構(gòu)凹進去的部分的尺寸大于該部分扎起投影儀上的尺寸時，且大于數(shù)值為30%時，則屬于正?，F(xiàn)象，否則則屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。

第三種：樓板地步的結(jié)構(gòu)的不連續(xù)現(xiàn)象。判斷該中結(jié)構(gòu)的方法是根據(jù)考察樓板的尺寸與平面剛度之間的變化程度進行判斷。

3 不規(guī)則結(jié)構(gòu)的建筑應當采取的主要措施

(1)盡量減少建筑體的偏心距。有大量的實踐證明，建筑體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應往往與其相對偏心距在某種程度上具有一定線性關(guān)系。倘若要進一步改變建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應，必須縮小樓層之間的位移比，因此可以通過將建筑物的平面位置進行適當調(diào)整，便可以使整個建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)心和剛心更加接近。實踐過程中，通?？梢圆捎脙煞N方式減少建筑結(jié)構(gòu)的偏心距。

(2)調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性布置應該是在初步計算分析后才進行，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)以及實踐經(jīng)驗比較準確的判斷建筑結(jié)構(gòu)的剛度分布，最后在適當?shù)脑鰷p距質(zhì)心較遠的抗側(cè)力構(gòu)件。

(3)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)效應與結(jié)構(gòu)周期比的平方的關(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?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距離剛心最遠處的剪力墻。(4)提高周邊抗扭構(gòu)件抗剪力。要保證建筑結(jié)構(gòu)在強烈震動下依然安全，那么只靠調(diào)整結(jié)構(gòu)布置是不夠的。相關(guān)技術(shù)人員通過實驗得到了如下的結(jié)論，即:當建筑結(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。

總結(jié)：

判斷建筑結(jié)構(gòu)是否是不規(guī)則現(xiàn)象有助于建筑的規(guī)模的判斷、各個結(jié)構(gòu)的布置以及劣質(zhì)樓層的判斷。也能夠判斷出建筑工程整體結(jié)構(gòu)是否經(jīng)過科學、合理、專業(yè)、高品質(zhì)的方式進行建造的。建筑結(jié)構(gòu)的變化與建筑設(shè)計師有著很大的關(guān)系，針對不規(guī)則結(jié)構(gòu)的頻頻發(fā)生，建筑師在設(shè)計的同時應該注重建筑中薄弱結(jié)構(gòu)的設(shè)計，計量加強薄弱部位的建造。目前，我國在建筑方面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則現(xiàn)象尤其普遍，有待于改進處理。但是目前，隨著各項事業(yè)的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，使計算機行業(yè)與信息化不斷增強，也使結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則現(xiàn)象得到改善。可以通過就算幾構(gòu)件結(jié)構(gòu)模型進行分析，從而減少與實際結(jié)構(gòu)的差距，減少建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則現(xiàn)象。

[1]張運平.高層建筑風荷載主動流動控制實驗研究[D].中南大學2014

[2]袁玲.高層建筑橫風向風荷載特性與風振效應研究[D].廣州大學2014