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摘要：在我國(guó)當(dāng)前的建筑中，民眾不但對(duì)建筑的質(zhì)量提出了更高要求，同時(shí)也對(duì)建筑的外形提出了新的要求，這導(dǎo)致大量不規(guī)則性的建筑產(chǎn)生，這類建筑對(duì)施工質(zhì)量、施工工藝提出了挑戰(zhàn)?；趯?duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性概念的了解和研究，本文指出了在高層建筑設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的因素，并在此基礎(chǔ)上提出不規(guī)則性建設(shè)的設(shè)計(jì)方式，保證這種建筑能夠滿足各類強(qiáng)度要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；不規(guī)則性

引言

在高層建筑設(shè)計(jì)中，要充分考慮建筑的抗震性、抗扭轉(zhuǎn)性等強(qiáng)度保障因素，但是對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性來(lái)說(shuō)，這些因素往往更難實(shí)施，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)這些因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證建筑的強(qiáng)度能夠滿足相關(guān)要求。另外在不規(guī)則性建筑的設(shè)計(jì)中，要在保證建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓建筑的強(qiáng)度能夠滿足強(qiáng)度要求。

1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的概念和發(fā)展現(xiàn)狀

1.1高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性概念和特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性除了指代建筑結(jié)構(gòu)在外形上的不規(guī)則性，還指代在建筑在設(shè)計(jì)和施工中產(chǎn)生的能夠影響建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的不規(guī)則性因素，在建筑行業(yè)當(dāng)前的發(fā)展中，這種不規(guī)則性表現(xiàn)為平面不規(guī)則性和豎向不規(guī)則性，這兩種不規(guī)則性有不同的特點(diǎn)，具體分析內(nèi)容如下：①平面不規(guī)則性。平面不規(guī)則性可細(xì)分為凹凸不規(guī)則性、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性和樓板局部不連續(xù)性三種方式，在當(dāng)前的建筑行業(yè)發(fā)展中，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性的建筑數(shù)量較多，另外兩種不規(guī)則性作為建筑設(shè)計(jì)和施工的固有屬性，對(duì)建筑的影響較小，所以在具體的設(shè)計(jì)中，需要盡量消除建筑中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性[1]。②豎向不規(guī)則性。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中更容易產(chǎn)生豎向不規(guī)則性，這種性質(zhì)的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致建筑在豎向抗側(cè)力、豎向剛度等方面的強(qiáng)度不能滿足安全運(yùn)行要求，所以在當(dāng)前的建筑行業(yè)中，已經(jīng)廣泛采取一些通用手段消除這種不規(guī)則性[2]。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

在我夠當(dāng)前的建筑行業(yè)中，承建的各類不規(guī)則外形的建筑數(shù)量大幅提高，這種建筑雖然代表著我國(guó)的建筑行業(yè)獲得大幅完善以及技術(shù)提升，但是在這種建筑的施工設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，對(duì)建筑本身的抗震性等參數(shù)關(guān)注度不足，相較于規(guī)則外形的建筑來(lái)說(shuō)，這類建筑的抗震能力普遍較低。在這種建筑今后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要采取合理措施提升建筑的整體強(qiáng)度，另外在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要能夠充分應(yīng)用各類新型技術(shù)，最終讓我國(guó)的基建技術(shù)能夠充分提高[3]。

2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容

通過(guò)上文的分析可以發(fā)現(xiàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性包括平面不規(guī)則性和豎向不規(guī)則性，另外通過(guò)對(duì)發(fā)展現(xiàn)狀的研究可以發(fā)現(xiàn)，這類不規(guī)則建筑在抗震能力上通常存在缺失，所以在這類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要需要關(guān)注的內(nèi)容為建筑的抗震性能。對(duì)于建筑的抗震能力來(lái)說(shuō)，降低該性能的因素主要包括以下方面：①偏心距方面。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的偏心距提高時(shí)，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)在地震過(guò)程中更容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象將大幅降低建筑的抗震能力，所以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要對(duì)偏心距進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。②抗側(cè)和抗扭轉(zhuǎn)剛度比。在建筑的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)建筑的抗側(cè)剛度和抗扭轉(zhuǎn)剛度較低時(shí)，建筑在地震過(guò)程中更容易遭到破壞，所以需要提高建筑這兩個(gè)因素的強(qiáng)度。另外在建筑的設(shè)計(jì)中，還需要考慮建筑的震動(dòng)周期，提高建筑的抗震能力。③建筑的抗剪力設(shè)計(jì)。在建筑的運(yùn)行中，地震環(huán)境下建筑發(fā)生一定程度上的彈性形變能夠降低地震的破壞程度，但是在系統(tǒng)運(yùn)行中，在建筑設(shè)計(jì)中，需要考慮相關(guān)構(gòu)建的抗剪力，從而讓建筑能夠提高彈性性能，保證建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的消除

3.1相對(duì)偏心距設(shè)計(jì)

在不規(guī)則建筑的設(shè)計(jì)中，相對(duì)偏心距是影響建筑強(qiáng)度的一個(gè)最重要因素，在當(dāng)前的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對(duì)偏心距提高時(shí)，建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)也會(huì)加大，這兩個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系。而當(dāng)建筑發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，建筑的承力性能會(huì)發(fā)生大幅下降，所以在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要降低建筑中產(chǎn)生的偏心距。在具體的建筑設(shè)計(jì)中，首先要了解建筑的用途以及布局，對(duì)于不規(guī)則高層建筑來(lái)說(shuō)，建筑布局會(huì)對(duì)整個(gè)建筑的強(qiáng)度中心和重心產(chǎn)生很大影響，而通過(guò)對(duì)建筑布局的了解能夠了解建筑的重心與強(qiáng)度中心位置，為后續(xù)的建筑結(jié)構(gòu)科學(xué)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。其次為對(duì)這些因素進(jìn)行合理標(biāo)注，在建筑圖紙草圖上對(duì)這些因素進(jìn)行標(biāo)注后，能夠在后續(xù)的設(shè)計(jì)中對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，從而降低整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的偏心距。最后為對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，該過(guò)程的主要工作為對(duì)建筑現(xiàn)有的布局進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)在該過(guò)程的設(shè)計(jì)中，由于已經(jīng)對(duì)剛度中心進(jìn)行了標(biāo)注，可以根據(jù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的剛度中心對(duì)相關(guān)系統(tǒng)和構(gòu)件進(jìn)行加固，以充分降低建筑中產(chǎn)生的偏心距。

3.2構(gòu)件抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)

在高層不規(guī)則建筑的抗震設(shè)計(jì)中，需要保證建筑本身具備一定的彈性變形能力，并且在地震后建筑能夠恢復(fù)原有的運(yùn)行狀態(tài)，所以在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。通常情況下，能夠提供彈性變形的主要為建筑中的鋼筋結(jié)構(gòu)，但是在建筑的運(yùn)行中，也需要保證這些結(jié)構(gòu)有很高的抗剪強(qiáng)度，保證建筑能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前針對(duì)建筑設(shè)計(jì)的這一要求，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一些新型技術(shù)，例如建筑鋼架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了碗扣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的原理圖。在這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，建筑中的鋼筋和鋼管本身支持產(chǎn)生一定的彈性變形，滿足建筑在地震發(fā)生過(guò)程中能夠產(chǎn)生一定量的彈性變形，同時(shí)碗扣結(jié)構(gòu)也能夠避免在鋼架變形的過(guò)程中產(chǎn)生脫扣、鋼筋離散等問(wèn)題，保證整個(gè)鋼架系統(tǒng)能夠?qū)ㄖa(chǎn)生穩(wěn)定的支撐作用。另外對(duì)于不規(guī)則建筑中的各類子系統(tǒng)，也可以廣泛應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)提高鋼筋之間的固結(jié)效果，最大限度保證建筑的整體強(qiáng)度。

3.3抗側(cè)剛度和抗扭剛度比值確定

在當(dāng)前的研究中，發(fā)現(xiàn)建筑的周期與建筑的抗側(cè)強(qiáng)度存在一定的比例關(guān)系，即抗側(cè)強(qiáng)度與建筑的周期平方成反比關(guān)系，通過(guò)該關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)，要保證高層級(jí)建筑有較高的抗側(cè)強(qiáng)度，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要將低建筑的周期。要滿足這一要求，在建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以對(duì)建筑的墻體進(jìn)行加厚處理，同時(shí)提高剪力墻的長(zhǎng)度，以達(dá)到提升不規(guī)則高層建筑的抗側(cè)剛度要求，同時(shí)在加長(zhǎng)剪力墻的過(guò)程中，也能夠達(dá)到提升建筑抗扭剛度的效果。需要注意的是，在這種方式的應(yīng)用過(guò)程中，需要深入考慮加強(qiáng)墻體厚度和長(zhǎng)度對(duì)建筑重量、剛度中心位置等方面的影響，為了保證高層不規(guī)則性建筑在結(jié)構(gòu)上的科學(xué)性與合理性，在該過(guò)程中需要做好結(jié)構(gòu)與各類剛度參數(shù)間的協(xié)調(diào)工作。另外在該過(guò)程的設(shè)計(jì)中，為了進(jìn)一步提升建筑的強(qiáng)度，還可以在相關(guān)部位設(shè)置拉梁，通常情況下這些拉梁將設(shè)置在建筑的結(jié)構(gòu)邊緣，從根本上提升建筑的抗扭能力，另外這種方式也能夠降低建筑的抗扭周期，提高建筑的抗震能力。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要按照相關(guān)要求和規(guī)定對(duì)拉梁的布設(shè)長(zhǎng)度、布設(shè)位置、布設(shè)位置等參數(shù)進(jìn)行確定，保證拉梁能夠發(fā)揮應(yīng)有作用。

3.4底層樓板和玻璃幕墻的抗震設(shè)計(jì)

3.4.1底層樓板抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中，需要建筑物在經(jīng)歷地震后能夠自主恢復(fù)，這就要求在建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)地基進(jìn)行科學(xué)配置，同時(shí)應(yīng)用新型技術(shù)讓整個(gè)建筑的承力性能不發(fā)生改變。在當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)中，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一套針對(duì)底層底板變形的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主體內(nèi)容為隔震縫，在該系統(tǒng)中會(huì)設(shè)置伸縮縫框架，該框架一端與建筑的外墻連接，另一面應(yīng)用大吸力磁鐵與整個(gè)地板框架進(jìn)行連接。在該系統(tǒng)的運(yùn)行中，整個(gè)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮吸收地震能量的目的，并且在地震發(fā)生后能夠通過(guò)磁鐵產(chǎn)生的吸力讓整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)，保證建筑在結(jié)構(gòu)上的完整性。另外對(duì)于一些建筑下?lián)碛泻吹慕Y(jié)構(gòu)，要保證建筑的各類樁體與涵洞中的箱體結(jié)構(gòu)柱平齊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)建筑的有效支撐。

3.4.2玻璃幕墻抗震設(shè)計(jì)

在地震發(fā)生過(guò)程中，玻璃幕墻脫落容易引發(fā)各類次生災(zāi)害，所以在隔震設(shè)計(jì)中，也需要提升玻璃幕墻的抗震能力，另外在建筑恢復(fù)的過(guò)程中，這些玻璃幕墻也需要能夠進(jìn)行恢復(fù)。在當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用中，已經(jīng)能夠滿足對(duì)玻璃幕墻抗震能力的有效提升。例如在烏魯木齊機(jī)場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，就采用了可伸縮框架技術(shù)，在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用中，大量應(yīng)用電磁鐵連接玻璃與建筑的整體框架，保證玻璃幕墻能夠隨著建筑變形而發(fā)生變化的同時(shí)，也具備很高的強(qiáng)度。需要注意的是，在玻璃幕墻抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要重視幕墻的保溫隔熱性能。

3.5其余提升方式

對(duì)于不規(guī)則性建筑來(lái)說(shuō)，為了進(jìn)一步提高建筑的整體強(qiáng)度，通常還需要采取各類輔助設(shè)施提供建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中最具代表性的為在系統(tǒng)中設(shè)置隔震縫。在隔震縫的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)建筑所在區(qū)域的地質(zhì)情況確定抗震等級(jí)，另外在不規(guī)則建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往還涉及玻璃幕墻等結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，所以在隔震縫的設(shè)計(jì)過(guò)程中，隔震縫涉及幕墻隔震縫、樓板隔震縫、地面隔震縫等多個(gè)方面，另外在當(dāng)前的技術(shù)研發(fā)中，也已經(jīng)能夠在地基建設(shè)中設(shè)置隔震層，隔震層中主要發(fā)揮作用的隔震支座。當(dāng)前的隔震支座已經(jīng)有了多種形式，如圖2所示為一種隔震支座的原理圖。在隔震支座的設(shè)置中，需要起到對(duì)整個(gè)建筑的有效支撐作用，所以在系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要按照建筑的中心進(jìn)行隔震支座的合理配置，通常情況下在地基中要全面鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的有效支撐。而對(duì)于建筑中的隔震縫，要按照地震強(qiáng)度進(jìn)行隔震縫參數(shù)設(shè)計(jì)和計(jì)算，另外對(duì)于不規(guī)則建筑中需要進(jìn)行連接的區(qū)域，隔震縫的尺寸要適當(dāng)擴(kuò)大，以烏魯木齊機(jī)場(chǎng)為例。在該圖中，1200mm隔震縫為機(jī)場(chǎng)交通中心和航站樓連接處的隔震縫尺寸，其余區(qū)域?yàn)楹秸緲腔蚪煌ㄖ行陌凑盏卣饛?qiáng)度設(shè)計(jì)的隔震縫尺寸。

4結(jié)論

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則性會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定影響，并且相較于規(guī)則建筑，不規(guī)則建筑通?？拐鹦阅茌^差，需要能夠充分提升系統(tǒng)的抗震能力。在具體設(shè)計(jì)中，可采取降低相對(duì)偏心率和建筑震動(dòng)周期達(dá)成目的，同時(shí)也需要應(yīng)用相關(guān)輔助措施，全面提升高層建筑的抗震能力。

參考文獻(xiàn)

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[3]吳維喜.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則性的實(shí)際應(yīng)用探索[J].四川水泥，2018（05）：79.

作者:郜志遠(yuǎn) 袁海梅 單位:中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司