高层建筑不规则结构设计探讨

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　　摘  要：在现代建筑发展体系中，高层建筑的发展比较迅速和重要，其稳固性更加得到设计人员的重视。因而在对其进行设计时，设计人员应从提高结构稳固度这一角度出发改善设计方案。尤其针对可能出现的不规则建筑构造，设计人员更要提高重视，从不同的设计角度出发对设计方案进行调整，以满足实际建筑工程的结构优化需要。文章在对高层建筑的不规则结构设计进行探讨时，从介绍基本的高层建筑的不规则结构形式出发，结合实际案例，分析了具体的不规则结构的设计要点。
　　关键词：高层建筑;不规则结构;结构设计
　　中图分类号：TU973.3 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）14-0093-02
　　Abstract： In the modern building development system， the development of high-rise buildings is relatively rapid and important， and its stability has gained more concern from the designers. Therefore， when designing it， the designer should improve the design scheme from the point of view of improving the stability of the structure. Especially in view of the possible irregular building structure， designers should pay more attention to it and adjust the design scheme from different design angles in order to meet the structural optimization needs of the actual building project. While discussing the irregular structure design of high-rise buildings， this paper starts from the introduction of the basic irregular structure forms of high-rise buildings， and combined with practical cases， analyzes the specific design points of irregular structures.
　　Keywords： high-rise building; irregular structure; structural design
　　对高层建筑结构进行标准化设计，设计人员需要秉持质量为先、发展为重的设计理念，要进一步将提高建筑稳定性当作设计的出发点。针对高层建筑常见的不规则结构形式，设计人员更要理性分析，认真对待，并结合实际的设计经验，丰富设计方法，重视设计细节，形成完整、精准的不规则结构设计方案。
　　1 高层建筑不规则结构的具体形式
　　1.1 竖向不规则结构
　　竖向不规则在高层建筑不规则结构中较为常见，具体包括侧向刚度不规则结构、层间质量剧变结构和楼层承载力突变结构三种。侧向刚度不规则结构又可细分为两种情况，第一是结构楼层侧向刚度小于相邻上一层的侧向刚度，且减少的范围约为70%。第二种情况为除顶层之外的其他楼层的局部收进水平与相邻下一层之间存在差值，且一般上一层超出相邻下一层25%;层间质量剧变结构是指高层建筑的某个建筑构造中的相邻楼层之间的质量差值，一般下一层楼比相邻楼层质量小1.5倍左右;楼层承载力突变结构则强调的是不同楼层之间的承载力差值，且楼层承载力从上至下依次递减。
　　1.2 平面不规则结构
　　平面不规则结构主要包括楼板不连续、凹凸不规则和扭转不规则三类。楼板不连续主要体现在开洞后每一边的净宽长度的变化值，一般以2m为界，且小于临界值;而凹凸不规则具体指的是楼层平面结构形状的不规则;最后是扭转不规则，该类不规则形式也较为常见，且与层间位移密切相关，因而也会直接影响建筑的稳固程度。
　　2 高层建筑不规则结构的设计实例分析
　　2.1 工程概况
　　本工程为某高层建筑工程，建筑总高度为65.25m，总面积为11450.2m2，共22层，其中有1层为地下建筑，其他层包括商场和住宅。建筑自地下1层到地上3层近似矩形平面，4层及4层以上近似“凸”形平面。本高层抗震设防烈度为7度，主体结构采用框架-剪力墙结构，存在的不规则类型具体包括平面不规则、楼板不连续等。在具体设计时，需要针对性的进行不规则的结构设计，并重视做好结构薄弱部位的抗震强化设计。
　　2.2 不规则结构的具体情况及设计要点
　　（1）偏心距的合理控制。对高层建筑中的不规则结构进行设计，设计人员首先要处理好偏心距。过大的偏心距将影响高层建筑整体的稳固性，设计人员应采用先进的方法实现对偏心距的有效控制。结合不规则结构的具体设计要求，可以采用以下方法实现对偏心距的有效控制：一是要严格控制建筑位移，使高层建筑的位置保持基本固定;二是针对建筑物进行结构方面的布局优化设计，并且要注重进行动态和灵活性的设计，以便在后期出现偏心距过大问题时可以有效的进行调整，确保施工能够顺利进行。（2）楼板不连续的具体处理。楼板不连续是高层建筑结构不规则的具体表现形式，本工程中就出现了楼板不连续这一问题。工程人员在发现问题后基于提高区域楼板抗震性能和稳固性的角度考虑，在对竖向体型突变部位设置楼板时，选择厚度为180mm的楼板，针对其他楼层的相应部位，则适当增加板厚，分别增加30mm。工程人员还针对该薄弱区域配置了高配筋率的楼板，并进行双层双向通长设置，保持高于0.3%的配筋率。而在处理楼板边缘部位时，则通过设置扁梁的形式进行处理，扁梁上部的纵筋能够直接在楼板内进行锚入，工程人员严格参照抗震等级要求确定锚固长度，获得了较好的处理效果。此外，针对高层建筑楼板不规则问题，在进行处理时，应进行相应的计算。在计算时，计算人员需要使用标准的计算程序，并进行计算条件的假定，建成计算模型，并进行不断优化。在进行具体计算时，计算人员会假定平面内刚度无限大，同时会限定楼板在平面内不出现变形这一情况。但是在实际的高层建筑中，很容易出现楼板内的凹入现象，较大的开洞会成为楼板平面变形的主要推手。因而在进行计算时，计算人员需要假定多种条件，并结合实际工程情况，确保实现对楼板不连续场景下的精准计算。（3）凹凸不规则的具体处理。结合本工程的具体特征可知，在4～21层都为“凸”形平面，因而需要计算其具体的凸出长度，具体为11.3m，而本工程的平面突出方向的结构总长度为22m，已经超出了总长度的51.4%，因而可以将该结构判定为凹凸不规则结构。针对这一不规则情况，设计人员应找出平面尺寸的突变位置，并计算楼板厚度，基于此进行进一步的设计，并相应的采取加强配筋措施。（4）竖向体型收进的具体处理。本建筑工程由于有商业建筑和住宅区的区分，因而在4层商业建筑以上，结构平面就出现了收进现象，具体的体型收进高度和收进后的平面宽度分别为11.1m和12.7m，基本达到建筑总高度的17%与下部楼层对应宽度的49%。而上述比值已经接近于高规第3.5.5条对应的20%和75%的限值，因而可以将该結构判定为竖向不规则结构。针对竖向不规则结构，设计人员在进行处理时，应关注抗震增强设计。基于此，应针对结构薄弱层，以多遇地震作用标准值为基准，以该值的剪力乘以1.25的增大系数。而在进行具体的结构设计时，设计人员则要保持上部收进楼层和相邻下部楼层对应的剪力墙和框架柱的截面尺寸不出现变化，并且要使混凝土等级达到强度要求，由此可以保证使两个楼层间的抗侧移刚度和承载力处于较小的差值范围内。在具体的抗震不屈服设计活动中，设计人员应从提高建筑结构塑性角度出发进行设计，并对地震影响系数进行预估，在弹性时程分析法下进行补充计算，提高抗震设计精准度。（5）扭转不规则的具体处理。对本工程进行扭转不规则的判定时，工程人员基于双向地震作用力和偶然偏心距这两个参数，对本工程最大的位移与层平均位移的具体比值进行了计算，得出最大比值为1.32（X向），1.16（Y向），根据高规中的3.4.5条的规定，可将本工程判定为扭转不规则结构。在判定为扭转不规则结构之后，设计人员需要通过合理的处理措施来减小扭转效应。在具体布置剪力墙时，应注重均匀性和对称性，在这一布置原则下，尽量使结构的质量中心与刚度中心接近或重合。此外，设计人员还要从削弱核心筒的刚度这一角度出发，采取措施增强结构周边剪力墙的抗侧刚度，使结构具备更加优异的抗扭性能。设计人员在对本工程进行计算模型的反复优化之后，得出具体的结构质量中心和刚度中心距离值，具体为0.01～0.07m（X向）、0.05～0.37m（Y向）。经进一步计算和比对高规可知，本工程的Tt/T1=0.7739，相较于限值要求0.9还有一定的富余，因而判定，经过处理之后，该结构的扭转效应已经得到了有效的控制。（6）转角窗的具体处理。对本工程的结构进行实际分析后得知，该结构的4～21层为住宅区，在这一范围内，设计人员发现下方户型主卧的两个端头都分别设置有转角窗，通过这一建筑设置，对于结构而言，会削弱其结构抗扭性能，并由此成为抗震设计需要重点关注的部位。基于此，本工程的设计人员进行了转角窗这一结构部位的具体抗震处理，找出转角窗的洞口，并在两侧设置剪力墙，同时将边缘构件放置其中，还有做好箍筋加密处理。此外，还要对转角处的卧室楼板进行加厚处理，配置好楼板钢筋，做好转角梁的配筋处理，从而能够使得转角窗部位的转角梁具有良好的抗扭力和抗弯力。（7）提升周边抗扭构件的抗剪力。高层建筑的设计人员在优化不规则结构的设计体系时，应做好对周边抗扭构件抗剪力的提升设计。设计人员要结合前沿的结构理论，即建筑结构一旦处于非弹性状态，当出现地震时，结构会受到双向的水平地震作用力的冲击，由此会出现重心的变化，进而导致结构失稳。基于此，设计人员需要注重抗扭构件这一细节，要能够结合抗震性能的具体要求，采取恰当的措施增加抗扭构件的抗剪力，从而提升建筑结构的整体抗震弹性值。（8）防震缝的合理设置。高层建筑结构在日常使用过程中遭遇地震的可能性较小，但是也需要高度重视进行抗震设计。尤其针对强度较小的地震，更应该提高重视。在进行具体设计时，设计人员应合理的设置抗震缝。高层建筑的实际平面结构一般较为复杂，在进行设计时，要针对不规则结构进行处理，并设置恰当的抗震结构，留置合理的抗震缝。在具体设置时，设计人员可以对平面结构进行分区，使其形成较为简单的结构单元。而在具体设置抗震缝的过程中，工程人员也需要关注抗震缝两侧的结构体系，若结构体系不一致，则要以较为不利的抗震场景为基准进行抗震缝的优化设计，可以对宽度进行收窄或扩宽，同时还可以结合相邻建筑结构的基础沉降情况合理的设置沉降缝。
　　3 结束语
　　高层建筑已经成为当前主要的建筑形式，高层建筑的设计工作较为复杂，需要设计人员具有较高的结构意识和质量意识，尤其针对不规则结构，在进行设计时，更要精准掌握设计细节，把握设计要点。在具体设计时，应针对实际的工程案例进行不规则结构的分析，找出需要进行不规则设计的部位，有针对性的开展设计工作，确保高层建筑不规则结构的竖向、横向结构稳固，同时也要彰显出良好的抗震性能，不断提升高层建筑整体效益。
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