1、建筑结构设计中不规则性问题探究 吕晓祥 盐城市建筑设计研究院有限公司 摘 要： 随着社会经济的不断发展, 不规则建筑设计成为建筑结构设计人员的一项重要课题, 本文即探究了建筑结构设计中的不规则性。关键词： 建筑工程; 结构设计; 不规则性; 收稿日期：2017-9-24Received： 2017-9-24前言随着建筑技术的不断提高, 越来越多的不规则建筑结构出现在建筑结构设计中, 这些不规则建筑物的出现给设计人员带来了严峻的挑战。1 建筑结构设计中不规则性分类1.1 平面结构不规则(1) 扭转不规则, 在对扭转不规则进行判断时, 设计者可以从建筑物的弹性水平位移比来进行。 (2) 不规则凹凸
2、, 在进行建筑结构设计时, 可以从建筑物的投影方向的尺寸对凹凸值进行判断, 要求结构凹进的一侧不能大于建筑物该方向总尺寸的 30%, 这样可以防止地震时建筑出现过大变形。 (3) 局部楼板不连续, 这可以从建筑物结构的平面刚度变化或者楼面尺寸的变化来判断。1.2 竖向结构不规则(1) 不规则侧向刚度, 在设计过程中要求本层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%, 或小不于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 80%。 (2) 竖向抗侧力构件不连续性, 建筑物的竖向结构构件无法在垂直方向直接传递荷载和内力, 需要通过水平构件转换。 (3) 楼层承载能力不均匀, 这要求本层受剪承载力不小于相邻上一楼层的
3、80%。 (4) 楼层质量不均匀性, 也就是相邻楼层的质量不能过于悬殊。1.3 特别不规则当出现多项不规则或者某单项指标超标较多时, 属于特别不规则。对于特别不规则的建筑, 应采取有效的加强措施, 并对薄弱部位采用特别的设计。结构设计中应避免采用严重不规则的方案。2 建筑结构设计中不规则性问题2.1 结构的偏心距问题建筑结构扭转效应和结构相对偏心距通常情况下为一个线性函数关系, 所以要想降低其结构不规则性所带来的结构扭转问题, 设计人员要在结构设计中, 考虑到结构可能会出现的偏心距问题。设计人员可以通过较为详细的计算, 使其能够分析结构空间以及平面分布, 这样可以更好的控制位移比。通过对结构重
4、心进行分析, 以及与其刚度中心位置等相关的一系列数据信息, 设计人员可以对刚度分布进行合理化调整, 通过对竖向构件尤其是剪力墙的调整, 能有效的降低结构中所存在的偏心距, 从而提高结构抗扭转能力。2.2 周边构件问题为了能够使结构处于强烈震动状态下更好的保证安全, 不仅要合理调整建筑结构布置, 也要对重点部位进行抗震优化设计。比如:建筑如果在长时间都处在非弹性阶段中, 相对来说, 就会遇到比较多的问题, 即使是规则建筑, 也会在一定程度上出现变形, 严重的话甚至出现较大偏心问题。为了能够更好的保证结构的抗震性能, 可以适当的提高结构周边构件的抗剪能力, 从而有效的提高结构的整体抗扭刚度, 当受
5、到一定程度的偶然偏心外力作用时, 也能依靠其较大的抗扭刚度, 使结构恢复到正常状态。2.3 抗侧与扭转刚度问题通过研究之后可以发现, 建筑结构的扭转效应和结构周期比的平方近似呈现为一个线性关系。所以设计人员必须要在设计建筑结构的过程中, 通过有效的降低建筑结构的周期比, 对其结构的实际承受扭转效应进行相应的调整。设计人员在设计剪力墙结构的过程中, 需要重视剪力墙的合理布设位置、长度以及厚度等, 并且要合理设计结构连梁, 控制其刚度, 从而有效的减小结构抗扭转周期比, 在一定程度上提高结构的抗扭刚度。3 建筑结构设计中不规则性的对策3.1 保证偏心距的科学性对于建筑物结构设计而言, 其偏心距与扭
6、转效应主要呈现出线性关系。设计中可以控制建筑物的结构平面布置, 使其结构刚度重心以及质量重心最大程度的接近, 这样做的目的是能够有效降低楼层端部抗侧力构件的弹性水平位移, 改善建筑物的扭转效应。在工程实际进行设计时, 为了能够使结构偏心距有效减小, 首先需要一个相对准确的初步估算, 在找到结构刚心以及质心后, 进行精细的分析, 通过不断调整结构平面布置, 使刚心质心尽可能接近。对于刚度和质量分布明显不对称的结构, 还需要考虑双向水平地震作用下的扭转影响, 此外应采取相应的措施, 在一定程度上减小偏心对结构所带来的不利影响。3.2 提高建筑结构抗扭承载力在进行建筑结构设计时, 提高建筑结构抗扭承
7、载力非常重要。震害反复表明, 扭转是地震时造成结构破坏的一个重要因素, 在 2008 年汶川地震中, 也发生了很多类似的情况。建筑平面和立面简单、对称, 减少平面和立面中过大的凹和凸, 平面中少开大洞, 避免哑铃型平面, 结构布置均匀对称, 都是提高建筑结构抗扭承载力的有效措施。3.3 提高建筑抗侧刚度和整体性在进行建筑结构设计时, 提高建筑物的抗侧刚度和整体性是有助于解决建筑结构设计不规则性问题的。相对于砌体结构, 混凝土结构有更好的抗震性能;而在混凝土结构中, 剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等, 有更好的整体性和抗侧刚度。剪力墙的设置宜贯通建筑物全高, 平面中应双向设置, 并遵循均匀
8、、对称、分散和周边的原则。在设计中, 应选择合理的结构材料, 合理的结构体系以及合理的结构布置, 这样有利于提高建筑结构的整体刚度和整体性。3.4 设置抗震缝对于现代建筑工程而言, 已经越来越多的出现一些较为复杂的各种建筑结构, 这时需要采取规范的防震缝, 使其能够将复杂结构分解成为多个较为简单的结构单体。对于极其不规则的结构, 也要重视抗震缝的设置。如果两侧的结构体系存在较大差异, 或者震动反应表现不同时, 或当结构相邻楼层数相差过大时, 往往通过抗震缝加以解决。对于平面和立面不规则的结构, 还需要根据地基条件、经济因素以及不规则的程度进行综合比较是否设置抗震缝。如果设置, 应保证足够的缝宽
9、, 以防在预期的地震出现时, 两侧结构发生碰撞。3.5 提高建筑物抗震性能在进行建筑结构设计时, 我们应尽量选择简单、规则的体系。而当不规则建筑不可避免时, 应该认真分析建筑方案, 针对性地做出最合理的结构方案, 减少不规则给结构带来的不利影响。不规则结构设计中, 我们应多选择延性的结构材料, 包括钢筋混凝土和钢材, 不宜使用砌体等脆性材料;选择多道设防的结构体系如框架剪力墙结构等, 尽量少用抗侧刚度相对较弱的框架结构;选择简单、对称的结构布置, 避免刚心质心严重偏离的情况。从而改善结构的抗震性能, 并达到小震不坏, 中震可修和大震不倒的抗震设防目标。4 结语总体而言, 当今极具个性的不规则建筑物大量涌现, 做好不规则建筑物的结构设计成为迫切需要, 在设计中要确保不规则结构设计的合理性。参考文献1丁海鹏, 尹丰, 官蕊.针对建筑结构设计中不规则设计问题分析与探讨J.建筑知识, 2016. 2李楠.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用J.工业, 2016.
