梁興濤

（山西五建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013）

1 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)相關(guān)概念界定

1.1 質(zhì)量偏心

平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，質(zhì)量偏心屬于其中重要設(shè)計(jì)概念，主要是指不同樓層中每一部分的構(gòu)件截面均存在尺寸設(shè)計(jì)方面的偏差，而此偏差的出現(xiàn)會(huì)致使質(zhì)量水平不一致[1]。一般而言，此種質(zhì)量偏心類(lèi)狀況主要體現(xiàn)在建筑時(shí)的材料質(zhì)量以及性能差異兩方面，且在材料使用之時(shí)，極易受到未知因素的限制，而影響材料使用的抗震效果[2]。此外，當(dāng)視建筑物內(nèi)平面不規(guī)則自重為隨機(jī)變量時(shí)，那么按照概率分布規(guī)律能夠得出：受權(quán)衡質(zhì)量分布均衡度不高限制，建筑平面偶然重心會(huì)隨之與地震作用力方向處于垂直朝向。

1.2 強(qiáng)度偏心

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，超出70%以上的不規(guī)則平面強(qiáng)度會(huì)在建筑的設(shè)計(jì)及施工中被忽視，那么開(kāi)展建筑抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，就一定要做好不同構(gòu)件在不同條件設(shè)定下的屈服強(qiáng)度數(shù)值。當(dāng)開(kāi)展屈服數(shù)值確認(rèn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需總結(jié)出平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化的規(guī)律，促使數(shù)值確認(rèn)的結(jié)果能夠更具精確性[3]。為了完成上述工作目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員就必須圍繞建筑的質(zhì)量以及強(qiáng)度偏心做好統(tǒng)計(jì)和管控工作，且在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)整理時(shí)，需對(duì)建筑物的配筋、構(gòu)造、材料選取等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定和確認(rèn)，避免影響后續(xù)的建筑屈服強(qiáng)度，從而提升建筑抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3 剛度偏心

建筑設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，剛度是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的參數(shù)值，對(duì)于建筑本身的強(qiáng)度以及抗震能力提升具有極大的影響[4]。目前建筑設(shè)計(jì)中，針對(duì)剛度進(jìn)行定義時(shí)，需要從兩方面展開(kāi)，其一是實(shí)際剛度偏心，其二是名義剛度偏心。前者主要是指建筑項(xiàng)目施工完成后，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的具體荷載分布情況與詳細(xì)的位移比值，而后者則主要是指設(shè)計(jì)階段的理想模型之內(nèi)，針對(duì)構(gòu)件的彈性模型以及構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行精確計(jì)算，所得出的設(shè)計(jì)數(shù)值[5]。此外，針對(duì)平面不規(guī)則建筑進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)時(shí)，還會(huì)受到建筑材料的性能差異、工藝流程技術(shù)操作差異以及施工穩(wěn)定性變化等因素的影響，所以在設(shè)計(jì)階段就剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，難度較高，而剛度偏心概念的融入，可以進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)難度，為抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量提升起到幫助。

2 常見(jiàn)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 四周布置剪力墻

相關(guān)技術(shù)人員在經(jīng)過(guò)對(duì)大批量的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查和分析之后能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，建筑體在地殼震動(dòng)的影響下，其質(zhì)量位置以及原有結(jié)構(gòu)空間很容易在地震影響下而出現(xiàn)不確定性，尤其是建筑體的角柱，在地震災(zāi)害中，極其容易受到損害，繼而影響建筑后續(xù)居住使用的安全性和穩(wěn)定性。造成上述問(wèn)題形成的原因，主要是建筑體的角柱地震影響下出現(xiàn)了質(zhì)量中心和剛度中心偏離情況，即前文中提到的質(zhì)量偏心和剛度偏心問(wèn)題，但同時(shí)在此類(lèi)狀況出現(xiàn)以外，建筑整體結(jié)構(gòu)也會(huì)于此基礎(chǔ)上出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。面對(duì)此類(lèi)狀況進(jìn)行處理時(shí)，就需要技術(shù)人員針對(duì)經(jīng)歷地震的建筑體進(jìn)行角柱的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)，其間可以在角柱周邊額外增設(shè)剪力墻，促使提升結(jié)構(gòu)在扭轉(zhuǎn)反應(yīng)下對(duì)抗由于地震災(zāi)害所導(dǎo)致的角柱扭轉(zhuǎn)力，繼而提升建筑地震后的抗扭轉(zhuǎn)力和主體剛度。

2.2 中心支撐、偏心支撐

目前，為了進(jìn)一步降低建筑體經(jīng)歷地震后所出現(xiàn)的損毀率，技術(shù)人員需要全面做好建筑的中心和偏心支撐處理工作?，F(xiàn)階段，建筑設(shè)計(jì)中比較常見(jiàn)的支撐方案就是雙重抗側(cè)力體系，其中包括兩種體系類(lèi)型，分別是框架體系和中心支撐體系。兩種支撐體系應(yīng)用下，均可顯著提升建筑體的抗側(cè)剛度，促使建筑體在地震來(lái)臨時(shí)可以高度預(yù)防非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)損毀類(lèi)問(wèn)題。此外，在建筑的彈性設(shè)定方面，為了進(jìn)一步抵抗地震所帶來(lái)的不良影響，設(shè)計(jì)人員工作期間必須深刻認(rèn)識(shí)到偏心支撐鋼筋混凝土框架的價(jià)值，才能促使該框架在建筑體抵抗地震破壞期間的抗側(cè)剛度最大化發(fā)揮出來(lái)，同時(shí)也可利用結(jié)構(gòu)本身所攜帶的非彈性變形功能，高效控制建筑支撐和耗能端支撐梁的變形度，將其變形損害降至最低。

2.3 引入削能減震設(shè)計(jì)

進(jìn)行建筑體的抗震設(shè)計(jì)工作時(shí)，工作人員必須在建筑結(jié)構(gòu)之中提前放置一定數(shù)量的消耗地震能量的設(shè)備，如此才能在地震出現(xiàn)之時(shí)，將建筑結(jié)構(gòu)體系的尼系數(shù)增加，同時(shí)地震能量消耗裝置的應(yīng)用，也可在一定程度上將地震對(duì)于建筑既有結(jié)構(gòu)的破壞性降至最低。與此同時(shí)，當(dāng)建筑體所遭遇的地震等級(jí)比較高時(shí)，那么提前安裝的削能減震裝置，會(huì)自動(dòng)根據(jù)地震情況轉(zhuǎn)入彈塑性狀態(tài)中，使得地震的能量被最大程度地消耗掉，促進(jìn)建筑抗震性能的有效優(yōu)化?，F(xiàn)階段，建筑抗震設(shè)計(jì)中所應(yīng)用的削能減震裝置的類(lèi)型上，主要包括4種，分別是摩擦阻尼器、黏性流體阻尼器、屬屈服阻尼器和黏彈性阻尼器。另外，與傳統(tǒng)的建筑體加固處理技術(shù)相比較，將削能減震設(shè)計(jì)方案應(yīng)用到平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，還可以充分發(fā)揮出以下優(yōu)勢(shì)：首先是能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)濕作業(yè)，使得原有建筑的正常使用功能不受到設(shè)計(jì)及施工處理的影響。其次是在不改變建筑外觀基礎(chǔ)上提升抗震性能，降低建筑的平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及施工成本；再次是施工周期更短，提升抗震設(shè)計(jì)及作業(yè)能效。最后，可以進(jìn)一步滿(mǎn)足不同需求下的建筑防震等級(jí)要求，優(yōu)化建筑體抗震性能的同時(shí)，適宜性更強(qiáng)。

3 實(shí)際項(xiàng)目中的平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法

3.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)述

某平面不規(guī)則高層建筑屬于民用住宅，其建筑結(jié)構(gòu)主要以剪力墻為主，建筑面積為20000m2。在建筑結(jié)構(gòu)分層設(shè)計(jì)上，主要以地下+地上兩種結(jié)構(gòu)，其中，住宅地上建筑層數(shù)為26層，地上一樓設(shè)計(jì)為住宅物品存儲(chǔ)空間和物業(yè)辦公室，地下一層的使用功能設(shè)計(jì)為車(chē)庫(kù)。某項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)安全等級(jí)，設(shè)計(jì)為Ⅱ級(jí)，其中抗震防烈度設(shè)計(jì)為Ⅶ級(jí)，且基本地震加速度設(shè)定為0.10g，設(shè)計(jì)建筑整體使用年限為50年，滿(mǎn)足丙類(lèi)建筑的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 設(shè)計(jì)方案

一般而言，平面不規(guī)則建筑項(xiàng)目抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)以不同的形式呈現(xiàn)。其中，地震災(zāi)害在呈現(xiàn)形式以相鄰結(jié)構(gòu)碰撞為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此類(lèi)碰撞災(zāi)害的發(fā)生率高居地震災(zāi)害前列，占比65%以上。為了進(jìn)一步預(yù)防此類(lèi)災(zāi)害出現(xiàn)，建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)做好防震縫的設(shè)計(jì)，借此避免因防震縫寬度較低而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)隨之遭受更大的破壞。在上述基礎(chǔ)上，為了顯著提升平面不規(guī)則建筑抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，就必須針對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案做好相應(yīng)的調(diào)整工作，具體而言應(yīng)該從以下兩方面著手推進(jìn)。

3.2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于本次工程施工項(xiàng)目而言，想要進(jìn)一步提升建筑的整體抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，針對(duì)既有的方案加以?xún)?yōu)化十分有必要，借此提升建筑物原本的抗震等級(jí)，提升安全性[6]。在設(shè)計(jì)方案的選擇上，目前設(shè)計(jì)人員主要給出了兩項(xiàng)方案，第一項(xiàng)是做好縫隙設(shè)置工作，將不規(guī)則的建筑平面劃分為規(guī)則性平面；第二項(xiàng)方案是不做縫隙設(shè)置工作，充分圍繞平面不規(guī)則的種類(lèi)以及特征為核心點(diǎn)展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，借助科學(xué)且合理的技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升。但無(wú)論哪種設(shè)計(jì)方案應(yīng)用，均需同步做好建筑本身的抗震設(shè)計(jì)工作，即權(quán)衡利弊做好下述工作內(nèi)容。

設(shè)計(jì)人員進(jìn)入項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)況調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)狀狀況，本次項(xiàng)目抗震設(shè)計(jì)未超出100m不規(guī)則部分，選擇了不設(shè)縫隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，促使抗震設(shè)計(jì)能夠更適用于建筑本身的使用功能，提升兩者之間的協(xié)調(diào)性，并進(jìn)一步優(yōu)化建筑的抗震水平及標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于建筑超出100m不規(guī)則部分，則需要選擇設(shè)置縫隙方案，且縫隙的設(shè)計(jì)值需超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)推薦數(shù)值，借此提升建筑物本身的性能及抗震效果。

此外，設(shè)計(jì)人員還需重點(diǎn)針對(duì)本次項(xiàng)目中不規(guī)則建筑部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)特點(diǎn)評(píng)估，不僅需結(jié)合建筑本身能夠承受的地震作用力極限值，同時(shí)還需做好偶然重心的權(quán)衡工作，其間，設(shè)計(jì)人員針對(duì)某住宅項(xiàng)目進(jìn)行地震作用力調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其位移比值為1.18＜某住宅位移比值＜1.20。據(jù)此，設(shè)計(jì)人員決定將建筑物評(píng)估為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，某住宅的結(jié)構(gòu)平面凹陷已經(jīng)達(dá)到50%，而超出規(guī)則平面的典型寬度也已經(jīng)達(dá)到了35%，樓板的有效寬度為平面典型寬度的45%左右，上述調(diào)查數(shù)據(jù)的得出，充分表明，某住宅建筑物不符合平面典型寬度，尤其是在局部樓板的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，其呈現(xiàn)出了連續(xù)性的不規(guī)則特征[7]。據(jù)此，進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，還需全面結(jié)合建筑物本身的豎向規(guī)則制定更加完善的抗震方案，且需重點(diǎn)控制本次施工建筑物的承載力、剛度以及豎向結(jié)構(gòu)間斷，并與當(dāng)前最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比，最終確保建筑整體更具使用安全性，為用戶(hù)入住創(chuàng)設(shè)一個(gè)良好且可靠的居住環(huán)境。

3.2.2 做好結(jié)構(gòu)計(jì)算

本次項(xiàng)目施工中，需要按照平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，充分做好建筑具體結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)計(jì)算工作，為了提升計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度，本次某住宅項(xiàng)目施工選用了PMSAP技術(shù)軟件，就住宅的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算，包括樓板的局部應(yīng)力，得出了相應(yīng)的計(jì)算模型。計(jì)算之時(shí)，設(shè)計(jì)人員需就地下樓頂板及以上嵌固端的參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，并做好雙向地震作用及偶然偏心對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響控制。結(jié)構(gòu)計(jì)算完成后，主要得出如下結(jié)果。

（1）在地震作用力影響下，建筑的結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)諸如豎向、水平或是扭轉(zhuǎn)變形一類(lèi)的狀況，此時(shí)設(shè)計(jì)人員需對(duì)不同環(huán)節(jié)的周期值進(jìn)行對(duì)應(yīng)的計(jì)算。本次某住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 某住宅項(xiàng)目結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（2）考慮到地震作用力影響，應(yīng)對(duì)水平方向位移最大值進(jìn)行明確，根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，其位移最大值為1/1200。以建筑樓層14層為測(cè)量點(diǎn)，對(duì)豎向最大位移值進(jìn)行分析，結(jié)果為1/1150，并且對(duì)水平方向和豎直方向的彎曲變化進(jìn)行分析，相關(guān)結(jié)果在理論上符合剪力墻結(jié)構(gòu)受力特征，在結(jié)構(gòu)上具有一定的抗震強(qiáng)度。

（3）針對(duì)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)而言，受到地震作用力影響，建筑物本身會(huì)在凹角位置發(fā)生集中變形，使得樓板出現(xiàn)損壞，影響結(jié)構(gòu)整體安全性。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，增加了兩側(cè)單元結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度，對(duì)相關(guān)質(zhì)量偏心問(wèn)題進(jìn)行研究，使得不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑在整體上趨向穩(wěn)定性[8]。同時(shí)，考慮到地震造成的扭轉(zhuǎn)作用力較大，在具體設(shè)計(jì)中，增加了抗扭轉(zhuǎn)防護(hù)措施，使得局部連接構(gòu)件的抗震性能提升。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，進(jìn)行平面不規(guī)則建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)方，必須進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)做好實(shí)況勘察，且對(duì)于設(shè)計(jì)方案的執(zhí)行流程也需加以明確。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需就現(xiàn)有的地質(zhì)實(shí)況進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)方案的完善，促使所經(jīng)手的項(xiàng)目抗震設(shè)計(jì)結(jié)果能夠更具規(guī)范性與合理性，從而更好地借助扭轉(zhuǎn)作用優(yōu)化平面不規(guī)則建筑的抗震性能，最終提升剛度及建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)建筑抗震水平的提升。