【摘要】受經(jīng)濟與社會快速發(fā)展影響，近年來我國建筑業(yè)發(fā)展迅速，不規(guī)則結(jié)構(gòu)高層建筑的大量涌現(xiàn)便能夠證明這一認知�；诖耍疚暮唵畏治隽烁邔咏ㄖ灰�(guī)則結(jié)構(gòu)設計類型劃分及設計要點，并圍繞L型平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設計開展了深入探討，希望由此能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；不規(guī)則結(jié)構(gòu)；L型；平面不規(guī)則

前言

在高層建筑工程設計中，結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則的情況不斷增多，中央電視臺、深圳發(fā)展中心、上海希爾頓飯店等高層建筑均屬于其中典型，而為了保證這類高層建筑能夠兼具視覺效果與較高的安全性及穩(wěn)定性，不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計必須得到重點關(guān)注，本文研究具備的較高現(xiàn)實意義可見一斑。

1高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計類型劃分

結(jié)合國內(nèi)外開展相關(guān)理論研究和實踐探索，本文將高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計類型歸納為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)、豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)以及其他不規(guī)則結(jié)構(gòu)三大類。

1.1平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)可進一步細分為凹凸不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)，具體特征如下：①凹凸不規(guī)則。凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)主要特征包括凸出過細、凹進過多、平面狹長。凸出過細指的是一般情況下凸出部分長寬比在2.0以上，抗震設防烈度在Ⅷ度以上時該比值則在1.5以上；凹進過多指的是平面凹進一側(cè)尺寸大于30%的相應投影方向總尺寸；平面狹長指的是平面長寬比在6.0以上，抗震設防烈度為Ⅷ度時該比值則在5.0以上。②扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。對于位移比大于1.2的高層建筑，可認為其存在平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。③樓板不規(guī)則。存在平面樓板不規(guī)則的高層建筑一般具備四方面特征，即樓層錯層較大（如較大錯層面積大于該層總面積的30%時）、采用細腰形平面、開洞面積在該層樓面面積的30%以上，以及有效樓板寬度在開洞凹入后不超過該層樓板典型寬度50%[1]。

1.2豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)可細分為側(cè)向剛度不規(guī)則、樓層承載力突變、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，具體特征如下：①側(cè)向剛度不規(guī)則。多種情況均可能導致高層建筑產(chǎn)生豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，如為了形成空曠房間，在結(jié)構(gòu)頂部取消部分墻、柱；結(jié)構(gòu)上部樓層，且上部樓層水平尺寸的90%大于下部樓層；當結(jié)構(gòu)上部樓層收進部位到室外地面的高度1與房屋高度之比大于0.2時，上部樓層收進后的水平尺寸不宜小于下部樓層水平尺寸的75％；樓層側(cè)向剛度小于其上相鄰三層平均值的80%，或小于相鄰上部樓層70%。②樓層承載力突變。對于A級高層建筑來說，如層間受剪承載力比在0.8以下，即可認定其存在樓層承載力突變，B級高層建筑則小于0.75。③豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件會向下傳遞豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力，這同樣屬于高層建筑豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)的重要特征之一。

1.3其他不規(guī)則結(jié)構(gòu)復雜高層結(jié)構(gòu)、超規(guī)范結(jié)構(gòu)同樣可被納入不規(guī)則結(jié)構(gòu)范疇，具體劃分如下：①復雜高層結(jié)構(gòu)。如高層建筑存在多塔樓結(jié)構(gòu)、錯層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)，或帶有加強層結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，即可認定其存在結(jié)構(gòu)不規(guī)則。②超規(guī)范結(jié)構(gòu)。對于存在新型結(jié)構(gòu)、超限結(jié)構(gòu)、超高結(jié)構(gòu)的高層建筑，也可以認定其存在結(jié)構(gòu)不規(guī)則，這里的新型結(jié)構(gòu)指的是規(guī)范未涉及，采用新技術(shù)、新工藝、新材料建造的結(jié)構(gòu)；超限結(jié)構(gòu)指的是超過了規(guī)范規(guī)定限值；超高結(jié)構(gòu)則是指超過了規(guī)范規(guī)定的最大高度。值得注意的是，無論超規(guī)范結(jié)構(gòu)高層建筑的平面、立面是否規(guī)則，均需要從嚴設計審查，將其視作不規(guī)則結(jié)構(gòu)[2]。

2高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計要點總結(jié)

為保證高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量，需關(guān)注嚴格控制參數(shù)、開展針對性設計計算、強化抗震措施等設計要點。

2.1嚴格控制參數(shù)為實現(xiàn)高水平的高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)評測、分析、控制，一些重要控制參數(shù)必須得到重視，以通用的有限元分析軟件SATWE為例，位移比、周期比、側(cè)向剛度比、層間受剪承載力比等參數(shù)的限值及調(diào)整要求必須得到重視，具體控制如下：①位移比。位移比也被稱作層間位移比，指的是按剛性樓板假定計算樓層的最大層間位移（或水平位移）與該樓層兩端平均層間位移（或水平位移）的比值，該參數(shù)能夠有效控制高層建筑結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性。一般情況下規(guī)則結(jié)構(gòu)的位移比應控制在1.2內(nèi)，A級不規(guī)則結(jié)構(gòu)高層建筑的位移比也不應超過1.5，B級及轉(zhuǎn)換、連體、多塔等復雜高層則應控制在1.4內(nèi)。通過應用SATWE軟件輸出考慮偶然偏心影響、單雙向地震的位移比即可更好為不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計提供支持，工程實際必須在設計中得到重點體現(xiàn)。②周期比。周期比指的是第一自振周期（以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主）Tt與第一自振周期（以平動為主）Tl的比值，該參數(shù)可有效控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應。在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計中，通過嚴格控制周期比，即可保證結(jié)構(gòu)平動變形在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形之上，地震作用下的主振動效應也能夠由此得到較好控制，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)破壞的預防。對于A級不規(guī)則結(jié)構(gòu)的高層建筑來說，周期比應控制在0.9內(nèi)，B級及轉(zhuǎn)換、連體、多塔等復雜高層則應控制在0.85內(nèi)，考慮到SATWE軟件的限制，設計人員需基于各振型特征與計算結(jié)果進行判斷，必要時需通過改進結(jié)構(gòu)設計方案解決周期比不滿足要求情況，如進行內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)的弱化、對周邊主體結(jié)構(gòu)進行加強。③側(cè)向剛度比。該指標指的是相鄰樓層間側(cè)向剛度的比值，通過該參數(shù)可有效控制高層建筑的結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則。結(jié)合上文圍繞側(cè)向剛度不規(guī)則開展的論述，如出現(xiàn)側(cè)向剛度比指標無法滿足規(guī)范要求情況，即可初步確定高層建筑的豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)存在薄弱層，其地震剪力需乘以1.25的增大系數(shù)。通過應用SATWE軟件，即可實現(xiàn)側(cè)向剛度比的自動計算、地震剪力的自動放大。④層間受剪承載力比。該參數(shù)指的是相鄰樓層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力的比值，通過該參數(shù)可有效控制高層建筑存在的結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則。一般來說該參數(shù)需控制在0.8及以上，A級不規(guī)則結(jié)構(gòu)高層建筑則需要控制在0.65以上，B級需控制建筑•節(jié)能在0.75以上。如層間受剪承載力比小于規(guī)范值，即可初步判斷高層建筑存在結(jié)構(gòu)薄弱層，這種情況下同樣需放大地震剪力，SATWE軟件可較好服務于層間受剪承載力比的計算、確定和控制[3]。

2.2開展針對性設計計算對于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計來說，很多時候簡單放大地震剪力或調(diào)整計算參數(shù)無法滿足建筑需要，這種情況下必須進行設計方案的修改，如調(diào)整結(jié)構(gòu)方案、設置滑動鉸支撐或防震縫、設置拉梁或拉板等，“三水準抗震設防，兩階段抗震設計”抗震設計思想也需要得到充分應用。在針對性的設計計算中，應針對性應用底部剪力法、振型分解反應譜法、彈性時程分析法，并針對性強化抗震措施，抗震計算中的計算參數(shù)設置和特殊構(gòu)件定義也需要得到重視。

3基于L型平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設計的探討

3.1設計方法L型平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設計需嚴格遵循《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）要求，而為了保證建筑的抗震性能，可采用基于性能的抗震設計，以此實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對延性、剛度、強度的合理統(tǒng)一，具體設計從能力譜法、控制延性的方法、直接基于位移的方法三種主要思路進行抗震設計。

3.2實例分析以某地高71.6m的L型平面不規(guī)則高層建筑作為研究對象，該建筑采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地震分組為第一組、基本地震加速度值為0.20g、抗震設防烈度為八度、建筑場地類別為二類、地基基礎設計等級為甲級、建筑工程等級為一級，考慮到建筑具備的L型平面不規(guī)則特點，因此可判斷其質(zhì)量中心與剛度中心不重合，較高的偏心距因此出現(xiàn)，且建筑會在地震作用下產(chǎn)生較為明顯的扭轉(zhuǎn)效應，因此設計將剪力墻均勻布置在建筑恒載較大及平面形狀變化較大部位，以及樓梯間、電梯間以及建筑物的周邊附近，剪力墻的間距也得到了較好控制。分別為建筑裙房三層結(jié)構(gòu)層平面圖、塔樓七~八層結(jié)構(gòu)層平面圖，設計采用PMCAD建立整棟模型，共建立標準差平面模型17個，地下室結(jié)構(gòu)層為第一標準層，裙房結(jié)構(gòu)層為第二到第四標準層，L型塔樓結(jié)構(gòu)層為第五到第十七標準層�？紤]到建筑抗震設防類別為丙類、高度為A級、抗震設防烈度為Ⅷ度，因此設計將基本地震加速度值、特征周期、水平地震影響系數(shù)最大值分別設定為0.20g、0.35s、0.16，考慮偶然偏心進行計算，雙向地震作用下扭轉(zhuǎn)影響、結(jié)構(gòu)彈性動力時程分析也在計算中得到了充分體現(xiàn)，周期折減系數(shù)、結(jié)構(gòu)的阻尼比設定考慮了活荷載不利布置影響，最終分別設定為0.78與0.05�；赑MCAD建立的結(jié)構(gòu)模型生成SATWE數(shù)據(jù)，設計人員開展了內(nèi)力和配筋計算，配合模態(tài)分析和時程分析，設計人員發(fā)現(xiàn)建筑屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則建筑，由此開展的針對性優(yōu)化設計最終較好保障了建筑的安全。

4結(jié)論

綜上所述，高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計需考慮多方面因素影響，在此基礎上，本文涉及的嚴格控制參數(shù)、開展針對性設計計算、強化抗震措施、L型平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設計等內(nèi)容，則提供了可行性較高的不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計路徑，而為了進一步提升設計質(zhì)量，彈塑性模型的建立、彈塑性分析的開展必須得到重視。

參考文獻

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