关键词:不规则性;高层建筑;结构设计
1.高层建筑结构中不规则结构类型
1.1平面不规则的类型
1.1.1扭转不规则
判断标准是每一楼层自身最大的弹性水平位移大于该楼层两端的弹性水平位移平均值的1.2倍,或者是最大的层间位移大该楼层两端层间位移平均值的1.2倍。
1.1.2凹凸不规则
判断标准是建筑结构平面凹进一侧的尺寸大于其投影方向上总尺寸的30%。
1.1.3楼板局部的不连续:判断的标准是楼板的尺寸以及平面刚度发生急剧的变化。
1.2竖向不规则的类型
1.2.1侧向刚度不规则
判断的标准是该楼层的侧向刚度值大小小于与其相邻上一楼层的70%,或者小于该楼层以上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%,排除顶层不算,楼层局部收进的水平向尺寸大于其相邻下一层的25%。
1.2.2竖向抗侧力构件不连续
判断标准是竖直方向上的抗侧力构件的内力通过水平转换构件而向下传递。
1.2.3楼层承载力突变
判断标准是层间的抗侧力结构的受剪程度小于其上一层的80%。
1.2.4楼层间质量突变
判断标准是楼层质量大于相邻下一楼层质量的1.5倍。
2.不规则性高层建筑结构设计方法
2.1提高建筑物抗扭构件的抗剪力
高层建筑物的抗震设计就是达到建筑物在地震时安然无恙的效果,这单单依靠结构布局的调整是不够的,由于建筑物结构在非弹性时期内,对称、规则的结构会因为双向水平的震动作用产生形态变化进而出现偏心现象,那么考虑结构本身的抗震性能就可以来强化建筑物中受抗扭效应制约的结构的抗剪性能。
2.2合理设计建筑物的结构刚度
为充分提高建筑物的稳定性与安全性,应该对建筑物的关键部位的结构刚度进行合理的设计。如对于楼屋盖结构的设计,要确保其刚度既满足正常的使用需求,具有足够的稳定性,同时也要考虑到结构自身的重量、建筑物的使用功能以及施工成本问题,设定最合理的结构刚度。对于抗侧力结构的刚度设计,要确保结构能够充分发挥出其抗侧力的功能,要能够充分保障建筑物整体结构的稳定性。
2.3控制高层建筑物结构的抗扭刚度与抗侧刚度之比
由于高层建筑物内部结构中扭转效应和结构周期之比的二次方趋于一种线性的关系,那么在建筑物结构设计的时候,需要想方设法的减小其结构周期。比如说在设计楼层剪力墙时,要在条件允许的情况下加厚或加长相邻的剪力墙,尤其是要注重距离刚心比较远的剪力墙。通常使建筑物结构中抗扭刚度加大的方法是在相应构件上增设拉梁,并且尽量缩短其结构扭转周期,另外也可以加大相邻连梁刚度来达到目的。
2.4在结构中加设防震缝
现代建筑工程中越来越多的出现一些复杂的各类建筑结构,这都是由于实际条件限制而使得无法将平面结构设计成规则或是对称的结构,这时就有必要设置规范的防震缝来把结构分解成相对简单的单一结构个体,其中还要注意在设置抗震缝的过程中,若两侧的构件体系差异较大或者对震动反应表现不同之时,那么抗震缝的设计宽度就要更多的考虑薄弱一侧的结构构件;而当结构相邻的建筑构件基础沉降量比较大的时候,也可增设兼做沉降缝的建筑抗震缝。
2.5建筑结构设计中的偏心距减小
在一定条件下,高层建筑物结构设计中的偏心距和扭转效应呈线性关系,那么可以控制建筑物结构在平面上的布置,让其设计结构的刚心与质心最大程度的接近,这样就能有效的减小楼层之间的位移比,进而改善建筑物内部结构中的扭转效应。在工程实际的设计过程中,为了使结构偏心距尽量减小,首先就要进行准确的初步计算,在找到结构的刚心和质心后加以分析,并调整整个建筑结构在平面布置上的不对称和不规则性。
3.简要实例分析某高层建筑不规则性结构设计方法
3.1工程概况
某高层建筑是一集商业、酒店及办公楼为一体的综合性大楼,建筑层数地下2层,地上24层,其中底部裙房四层,结构体系为框架剪力墙结构,总建筑面积约45000m2,建筑高度94.3m,层高均为3.5m。
该工程为丙类建筑,使用年限为50年,抗震设防烈度为6度,剪力墙及框架梁柱抗震等级为二级,基础设计等级为甲级,采用高强预应力管桩。
3.2建筑结构平面不规则情况分析
本工程平面体型为z字型,属于平面不规则结构,竖向有立面缩进,同时层高相差较大。
初步计算结果表明:结构在地震及风荷载作用下的位移角能满足规范要求,周期比为0.83<0.9,虽亦能满足规范要求,但第二周期的扭转因子已经相当大,达到0.34,证明该结构的抗扭刚度明显不足,同时该结构在考虑偶然偏心的情况下的扭转位移比X向及Y向均超过1.30,个别达到1.40,该结构扭转效应较严重,属于扭转不规则,裙房四层为薄弱层,层刚度小于上三层平均刚度的80%,首层为软弱层,抗剪承载力不足上层的80%,该结构不规则处达到5项,属于严重不规则结构,2~4层为酒店餐厅多功能厅,需要开敞空间,墙体布置受限制,5~12层为酒店客房,业主不允许在建筑的外侧布置剪力墙,12层以上为办公楼,中间亦难布置墙体,诸多功能使得该楼中部及边上难以有一片墙体能上下贯通。
调整该楼的周期比和扭转位移比是结构设计的重点工作,由于该楼平面凸凹不规则,两个核心筒均处在两边,刚度极不均匀,质心与刚心偏差较大,在地震等外力作用下极易产生扭转破坏。
3.3平面不规则情况调整处理措施
3.3.1在结构的左上方和右下方各加一片较长的剪力墙,增强建筑周边结构构件的抗扭承载力,同时也将结构的刚心大大的推向左边;
3.3.2在右下角的核心筒开洞,削弱该处的刚度因为该处核心简偏心较大,这也使刚度中心向左边移;
3.3.3取消左上部核心筒下面的一个小核心筒,削弱中部的刚度,同时将该核心筒的连梁做弱,使结构的剪力墙更均匀,对结构扭转位移比及周期比均有较大的好处。首层层高8m,造成受剪承载力小于上层的80%,要解决抗剪承载力不足,就要要加大抗剪截面。
结束语:综上所述,就不规则性在高层建筑结构设计中的运用进行探讨具有十分重要的意义。作为新时期背景下的高层建筑结构设计人员,必须紧密结合我国高层建筑事业发展的需要,着力提高自身的专业技术水平,结合高层建筑设计采取针对性的措施加强不规则性的应用,才能更好地提高高层建筑结构设计的安全有效性,进而为整个高层建筑工程质量奠定坚实的基础。
参考文献
[1]周建军.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[J].低碳世界.2015.
[2]曹军.高层建筑结构设计中平面不规则问题的分析与抗震措施[J].中华建设.2012.
[3]黎玉婷.浅议高层建筑结构设计的不规则性[J].城市建设理论研究.2012.