高层建筑不规则结构设计探讨 李卓成

发表时间:2019/12/16   来源:《防护工程》2019年16期   作者:李卓成
[导读] 随着社会的发展和时代的不断推进,人们对于建筑的要求也在不断攀升。这也是近年来我们会看到越来越多性能丰富、构造特异的建筑体产生,且很多城市中不断有摩天大楼参数的原因。

李卓成
        奥意建筑工程设计有限公司  广东深圳  518000
        摘要:随着社会的发展和时代的不断推进,人们对于建筑的要求也在不断攀升。这也是近年来我们会看到越来越多性能丰富、构造特异的建筑体产生,且很多城市中不断有摩天大楼参数的原因。这些高层建筑及不规则的结构设计在满足人们视觉需求的同时,也极大增高了建筑结构设计的难度,并且使得建筑体的抗震性及安全稳定性更难得到有效保障。对于高层不规则建筑的结构设计中有很多值得注意的技术要点,采取的结构设计方法和理念也非常重要。有效的结构设计不仅能够让高层不规则建筑体良好实施,这也是让这类建筑有更好的使用性能,并且充分保障建筑体安全稳定性的方法。
        关键词:高层建筑;不规则;结构;设计;
       
       
        1 复杂高层与超高层建筑特点
        复杂高层是指建筑物带有转换层、加强层、错层、连体结构和多塔楼结构等,属于比较复杂的建筑高层。具有超高的容纳量,形状独特,是现代生活的产物,可以满足当代现代人的审美观,在主流审美中备受欢迎。
        而超高层建筑,一般是指200m以上的建筑物,一般用于办公等。为了缓解土地矛盾,时代下的产物。
        不同于普通的建筑工程,复杂高层和超高层的建筑设计都要更加复杂一些,考虑的因素也要更多一些,这也就导致了复杂高层和超高层建筑在施工上的困难。若想在复杂高层和超高层建筑安全的基础上,满足居民的舒适体验和审美体验,必须要对复杂高层和超高层建筑的影响因素、设计重点进行深入分析,才能保证建筑物能够满足人们的各项需求,受到人们青睐。
        2 高层建筑不规则结构形态分析
        2.1 平面内的不规则结构
        平面内不规则结构设计有几种典型体现方式,首先会看到的是扭转不规则高层建筑结构。这类建筑体是指建筑每层自身的最大弹性水平位移大于楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍。其进行判断的标准是单向偶然偏心地震作用下的位移比大于1.2倍。我们还会看到凹凸不规则高层建筑结构,这类建筑体通常指是指平面太过狭窄、太长,凹进去太多,凸出来的又太细等。凹凸不规则高层建筑结构判断标准是,在阳光下,建筑结构平面凹进去的尺寸大于投影方向尺寸的30%。还有一些其他的平面内不规则结构形态,这些结构类型在目前越来越普遍,也让结构设计中有更多潜在问题需要得到良好处理与解决。
        2.2 垂直方向的不规则结构
        垂直方向的不规则结构主要分两种,首先会普遍看到的是侧向刚度不规则建筑结构,是指除建筑顶层,整个建筑楼层的侧向刚度值大小和相邻上一楼层的侧向刚度值大小进行比较,小于70%。与楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的大小进行比较,小于80%。楼层局部收进的水平向尺寸和相邻下一层进行比较,大于25%。还有竖向抗侧力构件不连续建筑结构,通常指竖向构件位置缩进大于25%,或外挑大于10%和4m,或上下墙、柱、支撑不连续,含加强层和连体类等。进行判断的标准是竖直方向上的抗侧力构件内力能够通过水平转换成竖向构件向下传递。
        2.3 建筑体本身的不规则
        建筑体本身的不规则现象也较为普遍,这类建筑体通常都存在建筑楼层质心分离的状况,这会让建筑体整体的刚度受到影响,并且直接影响到建筑体的抗震性能。这类问题的产生有很多导致原因,比如前期结构设计的不合理,或者是建筑材料和施工工艺的不合规等,都会让建筑体发生质心分离,并且导致刚度中心产生偏移现象,严重时会直接造成建筑体结构的扭转,使其呈现不规则状态。



        3 高层建筑不规则结构设计实施方法
        3.1 效设置防震缝
        在处理高层不规则建筑的结构设计时,首先可以透过防震缝的合理布设来提升结构稳定性。一般来说,高层不规则建筑通常有非常复杂的平面设计,由于不规则结构的设计需求,使得规则的平面结构设计无法使用。在这样的背景下,可以合理设置防震缝来将建筑体的结构进行拆分,将整个建筑体分成若干个独立结构单元。这可以很大程度化解不规则建筑平面结构中存在的问题,能够让建筑体的稳定性有更好的保障。
        3.2 合理控制相对偏心距
        对于高层不规则建筑体而言,结构设计在实施的过程中需要就相对偏心距有合理控制。从相关实践证明来看,在这类建筑体中相对偏心距会直接随着建筑体扭矩的变化而变化,并且呈现一定的线性关系。在实际的操作和施工控制中,如果能够将那些不符合规范的平面设计做适当调整,这可以帮助更好的确定整个建筑体的质心与刚心。在这个基础上,可以进行非常明确的建筑体刚度的策略,一旦发现刚心和质心有较大的偏离,可以通过就建筑体构件的调试使用来做调整,以保障建筑体的稳定性与抗震性。
        3.3 合理使用抗扭构件
        从相关实践经验来看,在建筑体处于非弹性时期的阶段,高层不规则建筑会很大程度受到水平震动的影响,随着施工的推进,不规则建筑的形态在逐渐发生变化,这会直接导致建筑体产生偏心问题。基于这样的问题,可以透过加强结构抗剪性能来发挥作用,这可以让建筑体即使在遭遇较强震动的背景下,也能够具备一定的整体弹性。这样才能够让整个高层不规则建筑体有更好的稳定性,也是提升其抗震性能的方法。
        3.4 对于扭转刚度与抗震刚度的有效调整
        对于高层不规则建筑体,其主体结构会有更高的发散扭转效应的可能,这种扭转效应会和建筑体自身的震动周期之间存在一定的现行关系。因此,在控制高层不规则建筑体发生扭转形变,以及降低由于这部分作用力带来的潜在危险时,可以通过合理控制建筑体的震动周期来实现。这一方法已经在很多实际工程的展开中得到了验证,且效果非常明显。由此可见,在针对高层不规则建筑进行结构设计时要多从技术层面找突破口,这样才能让各种潜在问题得到更好的解决。
        3.5 坚持经济适用理念
        因为复杂高层与超高层建筑的特殊性、复杂性,就决定了在建造复杂高层与超高层建筑时,施工难度加大。在设计两者建筑结构是,不仅是需要的图纸复杂多样,其中所掺杂的人员因素与影响因素更是参差不齐,如此一来,复杂高层与超高层建筑的施工成本在本来就不低的基础上,必然会上升。而一旦施工成本预算过高,建筑行业的收益肯定要下降,降低了建筑行业的利润,不利于建筑行业的健康发展。所以在设计建造复杂高层与超高层建筑过程中,要坚持经济适用原则,在坚持质量的原则下,选择性价比最高的产品。比如,选择最优的设计方案,降低图纸设计难度,从而降低建筑结构整体的复杂性,就可以减少施工成本,人力成本,物力成本。在人力成本上,专精不专多,要选择综合素质较高的工作人员,以防造成不必要的成本浪费还有偷工减料的现象。在建筑材料的选择上,在保证质量的原则下,选择物美价廉、性价比高的材料。
        4 高层建筑不规则结构发展趋势
        在目前的很多大中城市中,我们可以看到越来越多的高层和超高层建筑体,不仅如此,这些建筑体在结构和构造上也在逐渐趋于不规则形态,这类高层不规则建筑已经越来越普遍。这样的建筑体在满足人们视觉需求及对于个性化的追求的同时,在结构设计和实施上也提出了更高要求。结构设计师要从项目的实际情况出发,结合一些关键问题利用技术手段寻求突破,让高层不规则建筑的性能得到发挥,同时,让其稳定性和抗震性也得到有效保障。
        参考文献:
        [1]李晓静,方亮.高层建筑不规则结构设计的应用研究[J].现代物业(中旬刊),2019(03).
        [2]王华梅.高层建筑不规则结构设计的应用研究[J].绿色环保建材,2019(06).
        [3]孙凌.关于高层建筑不规则结构设计的应用分析[J].建材与装饰,2019(15).
        [4]白云飞,周东兰,杨铮.论高层建筑平面不规则结构设计[J].城市建筑,2014(06).
        [5]魏永智.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].民营科技,2014(08).

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