高层建筑结构设计中的不规则性设计

1、高层建筑结构设计中的不规则性设计摘 要:随着社会的发展，对于建筑结构设计，人们不再满足于一般常见的规则性设计，开始追求与众不同、独树一帜的不规则性建筑结构设计，但是不规则的建筑结构设计对于结构设计师来说是一个巨大的挑战，它会引起结构在水平方向上的偏心侧力，不利于结构的抗侧力。研究表明，在地震事故中容易受到破坏的往往是那些在设计中存在不规则性设计的建筑。因此，笔者在文中详细说明了高层建筑结构设计中不规则性设计的发展现状及应当采取的措施。 关键词:不规则性 结构设计 高层建筑 中图分类号：TU208文献标识码： A 0 前言 在工程中,由于会考虑各种不同的环境、条件等,导致建筑物不可能绝对的规则和

2、对称。建筑物的不规则性一般表现在:平面凸凹的不规则、局部楼板的不连续、不规则以及建筑物自身在竖向刚度上的不连续性、不规则等。实际工程中必须比较准确地判断建筑结构的不规则位置,只有这样才不会影响到对建筑结构的建模、确定建筑结构的一系列布置方案、以及确定建筑物本身比较薄弱的地方,进而在一定程度上提高整个建筑结构的合理性、安全性以及经济性。不规则的建筑结构会引起结构在水平方向上的偏心侧力,而进一步产生一定的扭转变形,不利于结构的抗侧力,同时也会导致成本的较大增加。所以设计者需要尽可能的将建筑结构物设计为对称、规则的以便提高建筑物本身的一些结构性能。 1 高层建筑中不规则建筑的发展现状 随着我国科技技

3、术水平的逐步提升,我国建筑行业也在不断的发展。随着城市的不断扩建,设计者们为了迎合城市建设的发展需求,他们已经逐步更新了自己以往建筑物必须要对称、规则的观念,他们正试着建造一些标新立异、新颖别致、独树一帜的建筑,如非对称、不规则的建筑结构物。随着人们的观念的转变,现如今大城市中出现了许许多多复杂体型和不规则的结构,这种趋势在某种程度上代表了我国建筑的发展方向。 虽然这些不对称、不规则的建筑结构给城市增添不少亮丽的风景,但是它们的设计与建造却给结构设计人员以及施工人员带来了严峻的考验。 2 建筑业中不规则的结构类型 结构类型可以大体的分为两类:(1)平面不规则结构类型,其包含的有扭转不 规则、凸

4、凹不规则、楼板局部不连续等;(2)竖向不规则结构类型,其包含的有侧 向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变、楼层间质量突变等。以下是常见判断两种不规则类型标准的具体介绍。 2 . 1 平面不规则的类型 (1)扭转不规则:判断标准是每一楼层自身最大的弹性水平位移大于该楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍,或者是最大的层间位移大该楼层两端层间位移平均值的1.2倍。(2)凹凸不规则:判断标准是建筑结构平面凹进一侧的尺寸大于其投影方向上总尺寸的30%。(3)楼板局部的不连续:判断的标准是楼板的尺寸以及平面刚度发生急剧的变化。 2 . 2 竖向不规则的类型 (1)侧向刚度不规则:判断的标准

5、是该楼层的侧向刚度值大小小于与其相邻上一楼层的70%,或者小于该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%,排除顶层不算,楼层局部收进的水平向尺寸大于其相邻下一层的25%。(2)竖向抗侧力构件不连续:判断标准是竖直方向上的抗侧力构件的内力通过水平转换构件而向下传递。(3)楼层承载力突变:判断标准是层间的抗侧力结构的受剪程度小于其上一层的80%。(4)楼层间质量突变:判断标准是楼层质量大于相邻下一楼层质量的1.5倍。 3 不规则高层建筑结构设计中应采取的措施 由相关技术人员的一系列研究表明:在地震中容易受到破坏的建筑结构往往是那些平面存在不规则性,并且建筑物的质量与刚度偏心以及抗扭转刚度太弱的结

6、构。经过技术人员的进一步研究表明:扭转效应对建筑结构的破坏应该是特别严重的。所以在实际工程中需要对建筑结构的扭转效应加以限制,常用的限制方法可以归为如下:(1)尽可能地限制建筑结构的平面不规则布置,只有这样才可以在一定程度上避免产生过大的偏心,而导致建筑结构物产生比较大的扭转效应。(2)在一定范围内尽可能地提高建筑结构物的扭转刚度。结构的扭转效应可以由以扭转为主的第一自振周期Tc与平动为主的第一自振周期T1之比来大致的判定,当上述两种周期比较接近时,由于振动耦连的影响,建筑结构的扭转效应会明显增大。 减少建筑结构扭转效应具体的一些方法如下。 (1)减小建筑结构的相对偏心距。 相关研究表明建筑结

7、构的扭转效应与相对偏心距在一定程度上是成线性关系的,如果想要改善建筑结构的扭转效应,以及进一步的缩小楼层的位移比,则可以通过调整建筑结构的平面布置,进而使得建筑结构的质心和刚心可以更加的接近。实践工程中减小建筑结构偏心距的常用方法有: 调整建筑结构平面的不规则性布置应该是在初步计算分析后才进行,通过初步计算的结果找到建筑结构的质心、刚心,同时需要做的便是通过相关数据以及实践经验比较准确的判断建筑结构的刚度分布,最后在适当的增减距质心较远的抗侧力构件。 (2)调整建筑结构抗侧刚度和抗扭刚度比。 由相关研究表明:建筑结构的扭转效应与结构周期比的平方的关系基本上是线性的关系,所以在设计建筑物时,可以

8、考虑适当的减小建筑结构的周期。在做剪力墙时,则需要在合理的范围内尽量的加长或者增厚周边剪力墙,特别需要重视的是那些离刚心最远处的剪力墙。加大结构抗扭刚度的一般做法是在建筑结构边上设拉梁,同时缩小建筑结构的扭转周期,还可以通过增加周边连梁的刚度来实现。 (3)提高周边抗扭构件抗剪力。 要保证建筑结构在强烈震动下依然安全,只靠调整结构布置是不够的。相关技术人员通过实验得到了如下的结论,即:当建筑结构处于非弹性时期时,对称的建筑结构受到双向水平地震作用便会随形态变化的而偏心。如果考虑建筑结构的抗震性能,则应该强化那些受抗扭效应制约构件的抗剪性能,以便使得建筑结构可以在强震作用下保持整体弹性状态。 (

9、4)较小地震带来的破坏,设置防震缝。 在实际工程中经常会遇到平面形状比较复杂的建筑结构,由于受到条件的限制导致不能把平面结构布置成规则的结构,此时便可以通过设置一定的防震缝将结构分成比较简单的结构单元。在工程中适当的设置防震缝是十分有必要的,如:需要设置抗震缝两侧的结构体系迥异或地震反应效应显著不同时时,抗震缝的宽度便需要考虑不利一侧的结构; 当相邻建筑结构的基础沉降量较大时,可以设置兼做沉降缝的的抗震缝。 4 结语 实际工程中,建筑结构不规则性的判断会在一定程度上直接影响建筑结构的建模、建筑结构的一系列布置、薄弱楼层等,从而间接地影响整体建筑结构的布置是否经济、合理、安全。结构设计师在设计不规则的建筑物时,需要尽量地减小或者避免建筑结构中比较容易出现薄弱的部位,同时做到强化那些薄弱部位。现如今对于不规则高层建筑结构的分析还有很多问题需要解决，但是随着计算机科学的不断发展,会出现更多更好的方法来确定不规则建筑