高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)例分析,建筑設(shè)計(jì)論文

高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)例分析,建筑設(shè)計(jì)論文摘要：在當(dāng)代建筑發(fā)展體系中，高層建筑的發(fā)展比擬迅速和重要，其穩(wěn)固性愈加得到設(shè)計(jì)人員的重視。因此在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從提高構(gòu)造穩(wěn)固度這一角度出發(fā)改善設(shè)計(jì)方案。尤其針對(duì)可能出現(xiàn)的不規(guī)則建筑構(gòu)造，設(shè)計(jì)人員更要提高重視，從不同的設(shè)計(jì)角度出發(fā)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，以知足實(shí)際建筑工程的構(gòu)造優(yōu)化需要。文章在對(duì)高層建筑的不規(guī)則構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行討論時(shí)，從介紹基本的高層建筑的不規(guī)則構(gòu)造形式出發(fā)，結(jié)合實(shí)際案例，分析了詳細(xì)的不規(guī)則構(gòu)造的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：高層建筑;不規(guī)則構(gòu)造;構(gòu)造設(shè)計(jì);Abstract：Inthemodernbuildingdevelopmentsystem,thedevelopmentofhigh-risebuildingsisrelativelyrapidandimportant,anditsstabilityhasgainedmoreconcernfromthedesigners.Therefore,whendesigningit,thedesignershouldimprovethedesignschemefromthepointofviewofimprovingthestabilityofthestructure.Especiallyinviewofthepossibleirregularbuildingstructure,designersshouldpaymoreattentiontoitandadjustthedesignschemefromdifferentdesignanglesinordertomeetthestructuraloptimizationneedsoftheactualbuildingproject.Whilediscussingtheirregularstructuredesignofhigh-risebuildings,thispaperstartsfromtheintroductionofthebasicirregularstructureformsofhigh-risebuildings,andcombinedwithpracticalcases,analyzesthespecificdesignpointsofirregularstructures.Keyword：high-risebuilding;irregularstructure;structuraldesign;對(duì)高層建筑構(gòu)造進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要秉持質(zhì)量為先、發(fā)展為重的設(shè)計(jì)理念，要進(jìn)一步將提高建筑穩(wěn)定性當(dāng)作設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。針對(duì)高層建筑常見的不規(guī)則構(gòu)造形式，設(shè)計(jì)人員更要理性分析，認(rèn)真對(duì)待，并結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)歷體驗(yàn)，豐富設(shè)計(jì)方式方法，重視設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，構(gòu)成完好、精準(zhǔn)的不規(guī)則構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。1、高層建筑不規(guī)則構(gòu)造的詳細(xì)形式1.1、豎向不規(guī)則構(gòu)造豎向不規(guī)則在高層建筑不規(guī)則構(gòu)造中較為常見，詳細(xì)包括側(cè)向剛度不規(guī)則構(gòu)造、層間質(zhì)量劇變構(gòu)造和樓層承載力突變構(gòu)造三種。側(cè)向剛度不規(guī)則構(gòu)造又可細(xì)分為兩種情況，第一是構(gòu)造樓層側(cè)向剛度小于相鄰上一層的側(cè)向剛度，且減少的范圍約為70%。第二種情況為除頂層之外的其他樓層的局部收進(jìn)水平與相鄰下一層之間存在差值，且一般上一層超出相鄰下一層25%；層間質(zhì)量劇變構(gòu)造是指高層建筑的某個(gè)建筑構(gòu)造中的相鄰樓層之間的質(zhì)量差值，一般下一層樓比相鄰樓層質(zhì)量小1.5倍左右；樓層承載力突變構(gòu)造則強(qiáng)調(diào)的是不同樓層之間的承載力差值，且樓層承載力從上至下依次遞減。1.2、平面不規(guī)則構(gòu)造平面不規(guī)則構(gòu)造主要包括樓板不連續(xù)、凹凸不規(guī)則和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則三類。樓板不連續(xù)主要具體表現(xiàn)出在開洞后每一邊的凈寬長(zhǎng)度的變化值，一般以2m為界，且小于臨界值；而凹凸不規(guī)則詳細(xì)指的是樓層平面構(gòu)造形狀的不規(guī)則；最后是扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，該類不規(guī)則形式也較為常見，且與層間位移密切相關(guān)，因此也會(huì)直接影響建筑的穩(wěn)固程度。2、高層建筑不規(guī)則構(gòu)造的設(shè)計(jì)實(shí)例分析2.1、工程大概情況本工程為某高層建筑工程，建筑總高度為65.25m，總面積為11450.2m2，共22層，華而不實(shí)有1層為地下建筑，其他層包括商場(chǎng)和住宅。建筑自地下1層到地上3層近似矩形平面，4層及4層以上近似凸形平面。本高層抗震設(shè)防烈度為7度，主體構(gòu)造采用框架-剪力墻構(gòu)造，存在的不規(guī)則類型詳細(xì)包括平面不規(guī)則、樓板不連續(xù)等。在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)性的進(jìn)行不規(guī)則的構(gòu)造設(shè)計(jì)，并重視做好構(gòu)造薄弱部位的抗震強(qiáng)化設(shè)計(jì)。2.2、不規(guī)則構(gòu)造的詳細(xì)情況及設(shè)計(jì)重點(diǎn)(1〕偏心距的合理控制。對(duì)高層建筑中的不規(guī)則構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員首先要處理好偏心距。過大的偏心距將影響高層建筑整體的穩(wěn)固性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用先進(jìn)的方式方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏心距的有效控制。結(jié)合不規(guī)則構(gòu)造的詳細(xì)設(shè)計(jì)要求，能夠采用下面方式方法實(shí)現(xiàn)對(duì)偏心距的有效控制：一是要嚴(yán)格控制建筑位移，使高層建筑的位置保持基本固定；二是針對(duì)建筑物進(jìn)行構(gòu)造方面的布局優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且要注重進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靈敏性的設(shè)計(jì)，以便在后期出現(xiàn)偏心距過大問題時(shí)能夠有效的進(jìn)行調(diào)整，確保施工能夠順利進(jìn)行?！?〕樓板不連續(xù)的詳細(xì)處理。樓板不連續(xù)是高層建筑構(gòu)造不規(guī)則的詳細(xì)表現(xiàn)形式，本工程中就出現(xiàn)了樓板不連續(xù)這一問題。工程人員在發(fā)現(xiàn)問題后基于提高區(qū)域樓板抗震性能和穩(wěn)固性的角度考慮，在對(duì)豎向體型突變部位設(shè)置樓板時(shí)，選擇厚度為180mm的樓板，針對(duì)其他樓層的相應(yīng)部位，則適當(dāng)增加板厚，分別增加30mm。工程人員還針對(duì)該薄弱區(qū)域配置了高配筋率的樓板，并進(jìn)行雙層雙向通長(zhǎng)設(shè)置，保持高于0.3%的配筋率。而在處理樓板邊緣部位時(shí)，則通過設(shè)置扁梁的形式進(jìn)行處理，扁梁上部的縱筋能夠直接在樓板內(nèi)進(jìn)行錨入，工程人員嚴(yán)格參照抗震等級(jí)要求確定錨固長(zhǎng)度，獲得了較好的處理效果。除此之外，針對(duì)高層建筑樓板不規(guī)則問題，在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。在計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員需要使用標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算程序，并進(jìn)行計(jì)算條件的假定，建成計(jì)算模型，并進(jìn)行不斷優(yōu)化。在進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員會(huì)假定平面內(nèi)剛度無限大，同時(shí)會(huì)限定樓板在平面內(nèi)不出現(xiàn)變形這一情況。但是在實(shí)際的高層建筑中，很容易出現(xiàn)樓板內(nèi)的凹入現(xiàn)象，較大的開洞會(huì)成為樓板平面變形的主要推手。因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算人員需要假定多種條件，并結(jié)合實(shí)際工程情況，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)樓板不連續(xù)場(chǎng)景下的精準(zhǔn)計(jì)算?！?〕凹凸不規(guī)則的詳細(xì)處理。結(jié)合本工程的詳細(xì)特征可知，在4～21層都為凸形平面，因此需要計(jì)算其詳細(xì)的凸出長(zhǎng)度，詳細(xì)為11.3m，而本工程的平面突出方向的構(gòu)造總長(zhǎng)度為22m，已經(jīng)超出了總長(zhǎng)度的51.4%，因此能夠?qū)⒃摌?gòu)造斷定為凹凸不規(guī)則構(gòu)造。針對(duì)這一不規(guī)則情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)找出平面尺寸的突變位置，并計(jì)算樓板厚度，基于此進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，并相應(yīng)的采取加強(qiáng)配筋措施?！?〕豎向體型收進(jìn)的詳細(xì)處理。本建筑工程由于有商業(yè)建筑和住宅區(qū)的區(qū)分，因此在4層商業(yè)建筑以上，構(gòu)造平面就出現(xiàn)了收進(jìn)現(xiàn)象，詳細(xì)的體型收進(jìn)高度和收進(jìn)后的平面寬度分別為11.1m和12.7m，基本到達(dá)建筑總高度的17%與下部樓層對(duì)應(yīng)寬度的49%。而上述比值已經(jīng)接近于高規(guī)第3.5.5條對(duì)應(yīng)的20%和75%的限值，因此能夠?qū)⒃摌?gòu)造斷定為豎向不規(guī)則構(gòu)造。針對(duì)豎向不規(guī)則構(gòu)造，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)關(guān)注抗震加強(qiáng)設(shè)計(jì)。基于此，應(yīng)針對(duì)構(gòu)造薄弱層，以多遇地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為基準(zhǔn)，以該值的剪力乘以1.25的增大系數(shù)。而在進(jìn)行詳細(xì)的構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員則要保持上部收進(jìn)樓層和相鄰下部樓層對(duì)應(yīng)的剪力墻和框架柱的截面尺寸不出現(xiàn)變化，并且要使混凝土等級(jí)到達(dá)強(qiáng)度要求，由此能夠保證使兩個(gè)樓層間的抗側(cè)移剛度和承載力處于較小的差值范圍內(nèi)。在詳細(xì)的抗震不委屈服從設(shè)計(jì)活動(dòng)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從提高建筑構(gòu)造塑性角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)地震影響系數(shù)進(jìn)行預(yù)估，在彈性時(shí)程分析法下進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，提高抗震設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度?！?〕扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的詳細(xì)處理。對(duì)本工程進(jìn)行扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的斷定時(shí)，工程人員基于雙向地震作用力和偶爾偏心距這兩個(gè)參數(shù)，對(duì)本工程最大的位移與層平均位移的詳細(xì)比值進(jìn)行了計(jì)算，得出最大比值為1.32(X向〕，1.16(Y向〕，根據(jù)高規(guī)中的3.4.5條的規(guī)定，可將本工程斷定為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則構(gòu)造。在斷定為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則構(gòu)造之后，設(shè)計(jì)人員需要通過合理的處理措施來減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在詳細(xì)布置剪力墻時(shí)，應(yīng)注重均勻性和對(duì)稱性，在這一布置原則下，盡量使構(gòu)造的質(zhì)量中心與剛度中心接近或重合。除此之外，設(shè)計(jì)人員還要從削弱核心筒的剛度這一角度出發(fā)，采取措施加強(qiáng)構(gòu)造周邊剪力墻的抗側(cè)剛度，使構(gòu)造具備愈加優(yōu)異的抗扭性能。設(shè)計(jì)人員在對(duì)本工程進(jìn)行計(jì)算模型的反復(fù)優(yōu)化之后，得出詳細(xì)的構(gòu)造質(zhì)量中心和剛度中心距離值，詳細(xì)為0.01～0.07m(X向〕、0.05～0.37m(Y向〕。經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算和比對(duì)高規(guī)可知，本工程的Tt/T1=0.7739，相較于限值要求0.9還有一定的充裕，因此斷定，經(jīng)過處理之后，該構(gòu)造的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)已經(jīng)得到了有效的控制?！?〕轉(zhuǎn)角窗的詳細(xì)處理。對(duì)本工程的構(gòu)造進(jìn)行實(shí)際分析后得知，該構(gòu)造的4～21層為住宅區(qū)，在這一范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)下方戶型主臥的兩個(gè)端頭都分別設(shè)置有轉(zhuǎn)角窗，通過這一建筑設(shè)置，對(duì)于構(gòu)造而言，會(huì)削弱其構(gòu)造抗扭性能，并由此成為抗震設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的部位。基于此，本工程的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了轉(zhuǎn)角窗這一構(gòu)造部位的詳細(xì)抗震處理，找出轉(zhuǎn)角窗的洞口，并在兩側(cè)設(shè)置剪力墻，同時(shí)將邊緣構(gòu)件放置華而不實(shí)，還有做好箍筋加密處理。除此之外，還要對(duì)轉(zhuǎn)角處的臥室樓板進(jìn)行加厚處理，配置好樓板鋼筋，做好轉(zhuǎn)角梁的配筋處理，進(jìn)而能夠使得轉(zhuǎn)角窗部位的轉(zhuǎn)角梁具有良好的抗扭力和抗彎力?！?〕提升周邊抗扭構(gòu)件的抗剪力。高層建筑的設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化不規(guī)則構(gòu)造的設(shè)計(jì)體系時(shí)，應(yīng)做好對(duì)周邊抗扭構(gòu)件抗剪力的提升設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合前沿的構(gòu)造理論，即建筑構(gòu)造一旦處于非彈性狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)地震時(shí)，構(gòu)造會(huì)遭到雙向的水平地震作用力的沖擊，由此會(huì)出現(xiàn)重心的變化，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)造失穩(wěn)。基于此，設(shè)計(jì)人員需要注重抗扭構(gòu)件這一細(xì)節(jié)，要能夠結(jié)合抗震性能的詳細(xì)要求，采取恰當(dāng)?shù)拇胧┰黾涌古?gòu)件的抗剪力，進(jìn)而提升建筑構(gòu)造的整體抗震彈性值。〔8〕防震縫的合理設(shè)置。高層建筑構(gòu)造在日常使用經(jīng)過中遭遇地震的可能性較小，但是也需要高度重視進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。尤其針對(duì)強(qiáng)度較小的地震，更應(yīng)該提高重視。在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理的設(shè)置抗震縫。高層建筑的實(shí)際平面構(gòu)造一般較為復(fù)雜，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要針對(duì)不規(guī)則構(gòu)造進(jìn)行處理，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造，留置合理的抗震縫。在詳細(xì)設(shè)置時(shí)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ζ矫鏄?gòu)造進(jìn)行分區(qū)，使其構(gòu)成較為簡(jiǎn)單的構(gòu)造單元。而在詳細(xì)設(shè)置抗震縫的經(jīng)過中，工程人員也需要關(guān)注抗震縫兩側(cè)的構(gòu)造體系，若構(gòu)造體系不一致，則要以較為不利的抗震場(chǎng)景為基準(zhǔn)進(jìn)行抗震縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)挾冗M(jìn)行收窄或擴(kuò)寬，同時(shí)還能夠結(jié)合相鄰建筑構(gòu)造的基礎(chǔ)沉降情況合理的設(shè)置沉降縫。3、結(jié)束語(yǔ)高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)下主要的建筑形式，高層建筑的設(shè)計(jì)工作較為復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)人員具有較高的構(gòu)造意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，尤其針對(duì)不規(guī)則構(gòu)造，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，更要精準(zhǔn)把握設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)實(shí)際的工程案例進(jìn)行不規(guī)則構(gòu)造的分析，找出需要進(jìn)行不規(guī)則設(shè)計(jì)的部位，有針對(duì)性的開展設(shè)計(jì)工作，確保高層建筑不規(guī)則構(gòu)造的豎向、橫向構(gòu)造穩(wěn)固，同