平面不規(guī)則高層建筑結構的分析及設計分析

1、平面不規(guī)則高層建筑結構的分析及設計分析 【摘要】隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，建筑高度也不斷增加，建筑類型與功能也越來越復雜，人們的思想觀念不斷更新，出現(xiàn)了一批平面或立面不規(guī)則建筑。平面不規(guī)則建筑指的是扭轉不規(guī)則、凹凸不規(guī)則以及樓板局部不連續(xù)。它們的出現(xiàn)既給城市建筑帶來了嶄新的面貌，同時又給結構設計人員提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。本文簡單的介紹高層建筑結構設計的特點及高層建筑結構不規(guī)則性的有關問題，指出高層建筑平面不規(guī)則結構設計應該考慮的內容，重點分析其扭轉效應對結構設計的影響和應注意事項。 【關鍵詞】平面不規(guī)則；高層建筑；結構設計 1、平面不規(guī)則高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國經(jīng)濟與科技的飛速發(fā)展，我國建筑行業(yè)

2、也在不斷的發(fā)展。城市在不斷擴建，設計者們?yōu)榱擞铣鞘薪ㄔO的發(fā)展需求，他們正試著建造一些標新立異、新穎別致、獨樹一幟的建筑，如非對稱、不規(guī)則的建筑結構物。隨著人們的觀念的轉變，現(xiàn)如今大城市中出現(xiàn)了大量復雜體型和不規(guī)則的結構，這種趨勢在某種程度上代表了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，也是未來建筑的發(fā)展方向。 2、某工程平面不規(guī)則構件設計及其設計措施 工程概況 某建筑工程，總建筑面積135780.2m2，地下2層，地上21層，建筑總高度66.24m，地下2層為車庫，地下層1地上層3為商業(yè)，層高3.6m3.9m，層421為住宅，層高3.5m。地下2層至地上2層近似為矩形平面，4層以上樓層平面局部收進成“凸”形平面

3、。 工程中存在平面上不規(guī)則、扭轉的不規(guī)則、豎向構件的不規(guī)則、樓板由于開洞不連續(xù)等抗震不利因素，為不規(guī)則高層建筑，須進行抗震設防專項審查。設計過程中采用合理布置剪力墻以減弱結構的不規(guī)則程度，緩解豎向剛度突變部位和平面薄弱環(huán)節(jié)在地震作用下應力和變形的集中程度，對薄弱部分進行中震不屈服分析并采取適當?shù)目拐饦嬙齑胧?，提高結構在強烈地震作用下的抗震性能。 2.1 結構和構件設計 2.1.1 結構形式 本工程采用框架-剪力墻結構，較好地滿足下部商場和上部住宅建筑功能的同時，保證了結構豎向抗側力構件的連續(xù)，具有良好的抗側剛度和抗扭性能。 2.1.2 結構平、立面布置 核心筒剪力墻布置時為保證筒體角部墻肢的完

4、整性，縱、橫向剪力墻力求均勻對稱并互為翼墻，這樣提高核心筒的抗震性能。通過優(yōu)化調整建筑物剪力墻墻肢長度和厚度，實現(xiàn)結構質量中心和剛度中心的接近或重合，減小結構的扭轉效應。 2.1.3上部結構主要構件設計 （1）剪力墻的設計 核心筒周邊和結構外圍剪力墻厚度從下往上分別為400，300，250，對應的剪力墻端柱及框架柱的截面尺寸分別為1000，800，600mm，混凝土強度等級分別為c50，c40，c35。 （2）暗梁的設計 核心筒區(qū)域剪力墻設暗梁，寬度為墻寬，高度為墻寬的兩倍，該暗梁按抗震構造配筋。 （3）樓板設計 豎向構件由于分布的部位及上下1層的樓板厚度分別為150，均采用雙層雙向配筋，配筋

5、率取計算值并適當加強，最小為0.25%，本工程配筋10160（三級鋼）。 振型數(shù)與周期比簡單計算：結構計算振型數(shù)取18個，x向的有效質量系數(shù)97.52%，y向的有效質量系數(shù)98.94%，滿足高規(guī)第5.1.13規(guī)定。結構第1振型為x向平動，第2振型為y向平動，第3振型為扭轉，t3/t1=0.8761，滿足高規(guī)第3.4.5規(guī)定。 2.2 結構的不規(guī)則情況和設計措施 2.2.1 樓板不連續(xù) 為提高樓板削弱區(qū)域抗震性能，豎向體型突變部位的樓板在該區(qū)域的厚度取180mm，其他樓層的板厚在該區(qū)域分別由計算需要增加了30mm，并且該區(qū)域樓板鋼筋采用雙層雙向設置，配筋率控制不小于0.30%。 2.2.2 凸凹

6、不規(guī)則 本工程層421平面凸出長度為11.3m，大于平面突出方向結構總長度（22m）的51.4%，按照高規(guī)判別為凸凹不規(guī)則。結構設計時對平面尺寸突變位置的樓板厚度和配筋進行加強。 2.2.3 豎向不規(guī)則 （1）豎向不規(guī)則的判別 因建筑使用功能變化，本工程層4以上結構平面部分收進，本工程為結構豎向不規(guī)則。 （2）豎向體型收進建筑的抗震加強措施 結構薄弱層在多遇地震作用下的剪力設計值乘以1.25的增大系數(shù)。在結構設計時上部收進樓層和相鄰下部樓層對應位置剪力墻和框架柱的截面尺寸不變，混凝土強度等級不變，以減小兩個樓層的抗側移剛度和承載力的差異。在結構設計時豎向體型收進樓層及地上層4設置約束邊緣構件，

7、提高墻肢的抗震性能。對豎向體型突變部位及其上、下一層樓板的厚度和配筋采取加強措施。 3、不規(guī)則高層建筑結構設計中應采取的措施 從以上的工程實例中我們也得出來以下的一些能有效控制建筑不規(guī)則的設計心得和大家探討： 3.1 減小建筑結構的相對偏心距。 相關研究表明建筑結構的扭轉效應與相對偏心距在一定程度上是成線性關系的，如果想要控制建筑結構的扭轉效應，以及進一步縮小樓層的位移比，則可以通過調整結構的平面布置，進而使得結構的質心和剛心比較接近。實踐工程中減小建筑結構偏心距的常用方法有：調整結構平面的不規(guī)則性布置應該是在初步計算分析后進行，通過初步計算結果尋找建筑結構的質心、剛心，在適當?shù)恼{整和質心較遠

8、的抗側力構件。 3.2 調整結構抗側構件剛度和抗扭剛度的比值。 由相關研究得出：建筑結構的扭轉效應與結構周期比的平方的關系基本上是線性的關系，所以在設計建筑物時，可以考慮適當減小結構的周期。在設計剪力墻時，則需要在合理的范圍內盡量的增長或者增厚四周的剪力墻，特別需要重視的是那些離剛心較遠處的剪力墻。加大結構抗扭剛度的一般做法是在建筑結構四周邊上設拉梁，這樣可以縮小建筑結構的扭轉周期，當然也可以采用增加周邊連梁的剛度的方法。 3.3 提高結構四周抗扭構件抗剪力。 要保證建筑結構在強烈震動下依然安全，僅僅靠調整結構布置還是不夠的。在一系列實驗中得到了如下的結論：當建筑結構處于非彈性時期時，對稱的建筑結構受到的雙向水平地震作用便會隨形態(tài)變化的而產生偏心。如果想加強建筑結構的抗震性能，則應該強化那些受抗扭效應制約的構件的抗剪性能，這樣使得建筑結構可在強震作用下依然保持整體彈性狀態(tài)。 結束語： 目前全球的地震災害不停在發(fā)生，但是配合建筑功能確產生了很多不規(guī)則建筑，這對目前我們的高層建筑結構設計人員提出了更高的要求。建筑結構之所以分為規(guī)則結構和不規(guī)則結構，主要是因為在不同的結構下，地震的作用受力特點和震害特點不同。引起不規(guī)則的因素比較復雜，對不規(guī)則的準確界定及具體指標仍然存在不足，不能完全依賴結構的規(guī)則性規(guī)范下的定