虞德海

【摘要】現(xiàn)階段，人們對建筑的要求不再局限于實用性與功能性，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高。目前，不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計理念在高層建筑中被廣泛推廣和使用，它在滿足建筑實用性與功能性要求的同時，對建筑造型進(jìn)行創(chuàng)新，使高層建筑向著個性化、多樣化的方向發(fā)展。本文分析了現(xiàn)階段高層建筑所采用的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀、分類，探討了具體的實踐應(yīng)用，旨在對促進(jìn)建筑行業(yè)的健康發(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;不規(guī)則結(jié)構(gòu);設(shè)計;應(yīng)用

在保證建筑功能完善，結(jié)構(gòu)體系合理的同時，應(yīng)彰顯建筑的個性和美感，因此，進(jìn)行高層建筑設(shè)計時，可融入不對稱結(jié)構(gòu)以及不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計。例如，在高層建筑中，加入不規(guī)則設(shè)計元素，使建筑高低錯落有致，凸凹大小不一，一掃建筑的平庸與呆板，增強(qiáng)建筑的浪漫與靈動，使人耳目一新，眼前一亮。例如，北京的鳥巢建筑，沈陽盛京大劇院都是建筑與藝術(shù)的完美結(jié)合，是不規(guī)則設(shè)計的精美之作。然而，要實現(xiàn)不規(guī)則設(shè)計，并非易事，需要調(diào)動建筑師的靈感與智慧，并進(jìn)行多次計算復(fù)核與優(yōu)化設(shè)計，以保證高層建筑的使用功能與美觀相統(tǒng)一。

1、不規(guī)則建筑設(shè)計特點(diǎn)分析

1.1平面不規(guī)則特點(diǎn)

在現(xiàn)代建筑中，平面不規(guī)則主要有 3 種表現(xiàn)形式：1）樓板局部不規(guī)則。主要表現(xiàn)形式是樓板的平面剛度、以及設(shè)計尺寸出現(xiàn)急劇變化。比如樓板的有效寬度縮減到典型寬度的一半，或者是開洞的面積已經(jīng)超過了樓面面積百分之三十，以及樓層錯層尺寸較大等等。2）建筑外形凹凸不平，這種不規(guī)則類型主要表現(xiàn)為建筑某一結(jié)構(gòu)面會向下或向內(nèi)凹陷，且有具體的凹陷尺寸，如商場的設(shè)計。3）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。即在規(guī)定的水平力作用下，樓層的最大層間位移超出了該樓層兩端層間位移平均值的20%以上 。

1.2建筑豎向不規(guī)則的特點(diǎn)

在建筑不規(guī)則設(shè)計中，除了平面不規(guī)則設(shè)計外，豎向不規(guī)則也是一種典型的表現(xiàn)形勢，通常將豎向不規(guī)則類型的特點(diǎn)分為以下幾點(diǎn)： 1）建筑的側(cè)向剛度不規(guī)則，判斷建筑是否為側(cè)向剛度不規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)為側(cè)向剛度值，如果某樓層的側(cè)向剛度與上一樓層的側(cè)向剛度值相比較小，并小于上一樓層的 70%，并且水平向的收進(jìn)尺寸比下一樓層的水平向收進(jìn)尺寸大，且大于 25%，那么可以將這一建筑判斷為側(cè)向剛度不規(guī)則; 2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件向下傳遞，為豎向不規(guī)則;3）豎向不規(guī)則設(shè)計類型的判讀標(biāo)準(zhǔn)為樓層的承載力，如果樓層的承載力發(fā)生變化，并且樓層間的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受到的剪力小于上一層的結(jié)構(gòu)受到剪力的80%，那么可判斷建筑為豎向不規(guī)則類型 。

2、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計分類

對于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的分類，可以通過以下兩種方式進(jìn)行劃分。

2.1按照抗震規(guī)范設(shè)計劃分

按照高層建筑的抗震規(guī)范設(shè)計，可以將高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計分為三個級別：第一，一般不規(guī)則設(shè)計。這種不規(guī)則設(shè)計可以根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定合理的解決方案。第二，特殊不規(guī)則設(shè)計。這種不規(guī)則設(shè)計可以通過相關(guān)部門的論證制定符合設(shè)計規(guī)劃的解決方案，在對其抗震級別進(jìn)行檢查時，需要嚴(yán)格執(zhí)行第111號建設(shè)部設(shè)計規(guī)范。第三，嚴(yán)重不規(guī)則設(shè)計。這種不規(guī)則設(shè)計需要通過實際設(shè)計規(guī)劃要求對建筑方式進(jìn)行合理的修改與調(diào)整。

2.2按照結(jié)構(gòu)形式劃分

按照高層建筑的結(jié)構(gòu)形式，可以將高層建筑不規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計劃分為以下幾種：第一，平面不規(guī)則設(shè)計。這種不規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計可以從以下三個角度分析：第一是平面剛度偏心。結(jié)構(gòu)設(shè)計的平面剛度，指平面外剛度與平面內(nèi)剛度兩種，平面外剛度指的是在垂直載荷作用方向上面的剛度，而平面內(nèi)剛度是指荷載作用方向上的剛度。在實際的建筑結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的模型、施工環(huán)境以及承受的荷載均與設(shè)計方案存在較大的差異，會出現(xiàn)平面剛度偏心的現(xiàn)象。其次，平面質(zhì)量偏心。在對不同尺寸的結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行設(shè)計時，可能會存在質(zhì)量偏心的情況，與此同時，由于施工條件與設(shè)計結(jié)構(gòu)的不同，也會造成質(zhì)量偏心的情況。在平面規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于偏心造成的影響，需要應(yīng)用簡化的效應(yīng)方式提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而對于高層建筑結(jié)構(gòu)而言，必須滿足相關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。再次，平面強(qiáng)度偏心。在建筑平面結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變與應(yīng)力均與簡化空間模型存在密切的聯(lián)系。其中平面應(yīng)變指相同平面內(nèi)所有的應(yīng)變，平面應(yīng)力是指相同平面內(nèi)的所有應(yīng)力。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，經(jīng)常會忽略平面強(qiáng)度偏心對結(jié)構(gòu)的影響。由于設(shè)計中的鋼構(gòu)件、鋼筋型號、混凝土的配置都存在不確定性特點(diǎn)，所以，結(jié)構(gòu)的設(shè)計強(qiáng)度會與實際強(qiáng)度間存在較大的差異，造成平面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)強(qiáng)度偏心現(xiàn)象，這種偏心現(xiàn)象很難得到有效的控制，因此必須引起足夠的重視。第二，豎向不規(guī)則設(shè)計。豎向不規(guī)則設(shè)計包括側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)、豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)不連續(xù)、樓層荷載力突變以及樓層間質(zhì)量巨變集中等主要形勢。

3、不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑中的應(yīng)用策略

3.1 重視對高層建筑結(jié)構(gòu)偏心距的降低

通過實際的測試調(diào)查得出，在偏心距和建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間具有一種線性關(guān)系的存在，如果有效的降低不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的情況，就要盡量縮小建筑結(jié)構(gòu)偏心距。通過采取樓層位移比例縮小的方式，科學(xué)調(diào)整建筑平面結(jié)構(gòu)，使構(gòu)架更加合理化。同時還可以通過對建筑結(jié)構(gòu)剛度差異的對比，對實際的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的判斷和研究，提升建筑的剛度，保障建筑構(gòu)成的實際抗側(cè)能力。

3.2對高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)

除了上述所說的建筑結(jié)構(gòu)的偏心距與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間呈現(xiàn)著線性關(guān)系外，在建筑結(jié)構(gòu)周期與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間也有線性關(guān)系存在。所以，在設(shè)計中，要根據(jù)不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)周期長度的實際情況而定，采取相應(yīng)的降低措施。特別是在剪力墻結(jié)構(gòu)的情況下，應(yīng)該對剪立墻重點(diǎn)關(guān)注，保障設(shè)計合理性，以增加建筑結(jié)構(gòu)中的扭轉(zhuǎn)剛度，對扭轉(zhuǎn)周期進(jìn)行合理的降低，從而提升拉梁的剛度。

結(jié)語：

總而言之，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑采用不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況不斷增加，使建筑在滿足人們對基本功能需求的同時，提高建筑外觀的美觀性。在高層建筑的設(shè)計中，不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計會對建筑造成一定的影響，為建筑工程帶來經(jīng)濟(jì)性與安全性等多方面的問題。為了保證高層建筑的安全性，必須在不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取合理的設(shè)計方案，提高不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性和工程建設(shè)的整體質(zhì)量。

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