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关键词:高层建筑;结构设计;不规则性;研究;应用
现在的建筑设计风格日益凸显其多样化趋势,所以对于它结构设计的不规则性也同样出现了多样化倾向。其中平面布局、水平受力、竖直受力以及刚度等是其中比较突出的几个方面。在具体的建筑结构设计的实施中,设计人员需要准确的找到结构的不规则点,进而认真的设定建筑结构设计方案。由于不规则性的结构会使整体结构的作用力降低,同时使建筑的安全性和可靠性也随之下降,所以需要设计人员和施工人员不断的加强对建筑不规则结构的重视。
1高层建筑结构中不规则性的现状分析
最近几年,我国经济的发展非常之快,随之我国老百姓的生活水平也不断的提高,加上城市化进程的不断加快,对建筑的类别和建筑高度等方面都提出了更高的要求,这就使建筑行业得到了不断的发展和革新。建筑工程设计为了更好的适应当前城市的发展,进一步迎合现今市场的需求,首先从设计的理念方面打破了高层建筑设计上要求建筑结构规则、对称的传统。建筑设计师为了自己设计的建筑更加的新颖别致、独树一帜,使之成为城市里的一道靓丽风景,通常都会在高层建筑的方案中增加不规则性的设计,这实际上给建筑结构的设计带来了极大的难度和全新的挑战。
2高层建筑结构设计不规则的特点和形势
不断提升的城市化水平和不断发展的建筑行业,使人们对建筑结构的要求也随之提升,大部分人都希望建筑在确保安全性的前提下,还能够确保其外观的美观性,同时现代的建筑设计行业也在不断地发展和完善之中,因此建筑设计人员在将建筑设计落实到实际当中的同时,也在不断丰富和更新自己的设计理念和设计知识,只有这样才能够更好地满足人们对建筑设计的需求。当今时代是一个个性张扬的新时代,人们希望自己居住的建筑环境独具特色,因此建筑结构的不规则性也更加的突出,虽然这些风格迥异的建筑从某种程度上提升了整个城市的风貌,但同时也是对建筑设计和建设的更高要求,建筑的设计人员和施工人员需要在技术上投入更多的精力,同时也需要建筑建设的成本不断的增加。
3高层建筑结构存在不规则性的种类
3.1平面设计不规则的类型
平面不规则的类型同城表现为三种形式:第一是楼层的弹性水平位移比它两端的弹性水平位移的平均值要高出1.1~1.2倍。这样的情况为“扭转不规则”,导致这种现象的原因是水平作用力的结果。第二是设计平面凹凸度不规则。第三是楼板开都面积比楼板面积大出1/3,有时还会造成错层现象。表现为楼板局部不连续,致使楼板尺寸和平面刚度急剧变化。这三种情况都能使建筑结构不规则。
3.2竖向不规则的类型
造成高层建筑不规则性的另一方面是“竖向不规则”。据有些资料记载:“在一是侧向刚度的不规则性,该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层或出屋面小建筑外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%;二是竖向抗侧力构件不连续,竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递;三是楼层的承载力出现了较大幅度的变化,衡量措施就是层间抗侧力结构的受剪承载力不超过其相邻上一层的4/5。”这时就会显现出建筑的不规则现象。这种不规则现象的存在无疑会在发生地震的时候,建筑结构在平面分布不规则的位置,损毁是最为严重的,同时如果“整体结构的核心与刚度作用偏离较大情况下或者是在扭转刚度过小的结构中。”对建筑的损毁程度也是较为显著的。由此而言,我们的建筑结构工程师再设计高层建筑时一定要提高自己的设计技巧和审美观点。对高层建筑结构设计的过程考虑其抗震性能和安全性能,同时对建筑的主体结构的实际扭转效应必须进行严格的控制。目前国内已经有了解决这方面问题的方法,一是最大程度地确保结构在空间和平面上的对称性,使其具备一定的分布规则,尽量避免出现比较大的偏心作用,进而科学地降低主体结构的扭转效应;二是在建筑结构规定的有效范围之内,最大程度地使建筑的扭转刚度值得到增加,以加大对扭转作用的抵抗能力。”这些方法目前都是行之有效的。
4高层建筑结构设计不规则性的应用
对于不规则结构在实际的应用中,体现出一定的弊端,尤其是在地震的作用下,建筑结构中不规则的部位容易受到损坏,而且刚度作用较大的结构受到的损害尤为剧烈。为了改善这一问题,需要建筑设计工作人员在进行高层建筑不规则结构设计的过程中,加强对这些部分的控制,同时也要对主体结构加强重视。通常情况下,采取的具体措施主要有:保证平面结构的对称性,使得结构的分布具有一定的规则性,这样才能保证空间的稳定性,进而减少整个建筑结构的扭转性。要根据设计方案来对建筑结构的扭转刚度值控制在相应的范围内,最大限度地保证建筑结构的抗扭刚度。具体来说可以从以下几个方面来进行具体的分析:
4.1尽量减少高层建筑结构相对偏心距
在多数的建筑结构中,高层建筑的扭转程度和偏心距之间存在着明显的联系性。因此,为了减少建筑结构扭转效应的发生,就应该从偏心距的角度入手,改变其参数值。这种做法不仅有效地改善了平面分布的不合理状况,同时也减少了高层主体结构的相对偏心距,进而可以分析出结构中心和刚度中心的相对位置。
4.2改善高层建筑结构抗侧与抗扭刚度
我们在实际的高层建筑施工过程中发现,很多小高层的主体结构出现了扭转效应和结构自我震动周期的平方值保持着线性函数的关系这表明,我们在进行高层主体结构设计的时候,,应该通过合理地降低建筑结构自我诊断的周期长短的方式来降低高层主体结构的扭转效应。对于关剪力墙的有关设计,需要在有效的区域范围之内进行墙体的长度或者厚度的科学性调节,使高层建筑的主体结构的抗扭刚度在实际应用中得到改变。一般情况下,我们采用在主体结构的边缘处对柱梁进行布置,进而使高层建筑主体结构的自我震动周期降低,使高层主体抗扭刚度得到改善。
4.3增强高层主体结构边缘件抗剪强度
在高层建筑的的主体结构边缘构件的抗剪强度设计中,最重要的一点就是要保证其合理性。一旦设计不合理,就会在施工中出现,较大的额外力作用,使建筑主体结构的边缘构件发生严重的的破坏。据建筑行业的权威人士们的相关研究表明,“假如高层建筑长期处于非弹性阶段,本来具有规则性的建筑在受到多重地震作用的影响下就会因为变形而出现偏心的情况。”因此,要想让高层主体结构的抗震性能增强,能抵抗自然灾害的破坏,,它的边缘构件的抗剪强度必须增强,这样即使受到了较为明显的额外力作用,整体的建筑结构也能够通过自身的弹性作用而恢复正常。
4.4防震缝建立的科学性
对于科学的防震缝问题,我们的建筑设计者和工程技术人员,都经历了苦苦的研究,并在实践中进行了检测。我们发现空间和平面形体复杂的高层建筑由于受多种原因的影响,很难将某些复杂的结构,设计成有规则性的整体,这时,就需要建立一套防震缝的手段来确保工程项目的整体质量不受到损坏。这种方式就是根据建筑物的主体的客观性来进行。尊重客观也是我们建筑行业进行建筑设计的科学管理的一项主要内容。
5结束语
在整个工程建设的过程中,高层建筑的不规则性会直接对楼体结构的平面分布构成明显的影响,这就需要及时的改进设计中薄弱的环节,确保其安全性。在建筑设计中,设计人员保证设计的合理性,适时的采用新技术和新理念,尽量减少因为结构的不规则性而给建筑带来的负面影响,尽量在确保建筑美观的同时保证建筑的质量。
参考文献:
[1]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].吉林大学,2004.
【关键词】结构设计;应用措施 ;抗扭效应
随着科学技术的不断发展和人们生活水平的日益提高,人们对物质外观、精神文化的需求也在不断加强,在审美观的全面提升下,当代高层建筑物的结构设计也从以前的规则性、对称性逐步转向不规则性、不对称性。在高层建筑结构设计中,不规则性可能会影响高层建筑的结构布局、位移比的控制、架空楼层或薄弱楼层设计、施工图的设计等,因此需从经济性、安全性、合理性的角度出发准确判断并分析高层建筑结构设计的不规则和位置,以最大程度的增加建筑物的各种结构性能。
1、我国高层建筑不规则结构的现状
经济全球化与科学技术高新化进程在不断加深,我国各行各业也在不断进步与发展,近些年来,我国房地产业、建筑业的发展势头较为迅猛,许多大中小城市都在不断的扩建和改造,而建筑设计者也为了顺应时代的召唤和城市建设的多元化发展,他们渐渐改变了建筑物务必规则与对称的传统观念,更多的尝试去设计一些不规则、不对称的多样化、标新立异结构的建筑物。现代人们的观念也在逐渐的改变,各大城市中已经出现了很多不规则的复杂结构建筑物,这是我国乃至全球范围内建筑行业今后的发展方向。另一方面,尽管不规则和不对称结构的建筑物使城市更加美丽和繁华,但其设计和建造无不考验着设计人员和建筑施工人员,这也对他们提出了更高更严的要求。
2、高层建筑不规则结构的分类
高层建筑不规则结构主要可以分为两大类:其一是竖直方向建筑物的不规则的结构类型,比如竖向抗侧力部分构件的不连续、侧向刚度结构不规则、楼层架空层使其质量与承载力均发生突变等等;其二是平面方向不规则的结构类型,比如楼板局部由于反梁结构突起出现的不连续、厨房及卫生间降板使楼板凹凸不规则、扭转导致的不规则等等。
2.1 竖直方向建筑物的不规则
2.1.1 竖向抗侧力部分构件的不连续
高层建筑物中竖向抗侧力部分构件不连续的判断标准即在竖直方向上的部分抗侧力构件自身的内力借助水平转换构件使之向下传递。
2.1.2侧向刚度结构不规则
高层建筑物中侧向刚度结构不规则的判断依据是本楼层中侧向刚度取值是否小于本楼层上面一层该值的百分之七十,或者小于本楼层上面相邻的三个楼层该值平均值的百分之八十,那么除去顶层不计算,则楼层局部收进的水平方向数值不小于与本层相邻下一层的百分之二十五。
2.1.3 楼层质量以及承载力的突变
高层建筑物楼层之间是否质量突变,其判断标准是本楼层的质量大于与其相邻的下面一个楼层质量的二分之三倍。而判断承载力是否突变的标准是楼层之间的抗侧力结构抗剪力数值小于与其相邻的上一层该值的百分之八十。
2.2 水平方向建筑物的不规则
2.2.1 楼板局部产生不连续
高层建筑物楼板局部产生不连续的判断依据是本层楼板设计尺寸与平面刚度是否发生急剧突然的变化。
2.2.2楼板凹凸不规则
高层建筑物楼板凹凸不规则主要是判断其结构平面凹进一侧(如厨房、卫生间的降板)尺寸会大于该楼板投影方向上面总尺寸的百分之三十。
2.2.3 楼板扭转不规则
高层建筑物楼板扭转不规则的判断依据是本楼层弹性水平位移的最大值要大于其两端处弹性水平位移的平均值的1.2倍,亦或是本楼层最大的相邻层间位移要大于其两端处的层间位移的平均值的1.2倍。
3、高层建筑不规则结构设计采取的对策
高层建筑物在地震的时候较易遭受破坏的一些结构大多都是平面不规则性结构,同时建筑物的刚度偏心、质量、承载力以、抗扭转刚度过于脆弱的建筑结构,其中,扭转效应对于建筑设计结构的破坏是最为严重的,那么,在工程设计的时候就有必要对其结构的相关扭转效应进行有效控制与限制,例如可以尽量对建筑物设计结构平面上的不规则进行控制,这就能够防止较大偏心的出现,进而使得建筑物的内部结构出现明显的扭转效应;另外,还可以在一定的条件下尽量增强高层建筑物设计结构的扭转刚度,抑制其太脆弱而产生破坏。因此,有效研究减少建筑物内部结构扭转效应的对策就成为设计过程中所要重点关注的问题。
3.1 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,这样就可保证建筑物在地震的时候还会处于整体弹性的状态。
3.2 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。
3.3 在结构中加设防震缝来减小地震造成的破坏
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。
3.4 建筑结构设计中的偏心距减小
科学研究表明在一定条件下,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,与此同时,还要运用有关数据和条件,加之实践经验来判断出建筑物平面结构的实际刚度分布,以便能够有效增减偏离质心的抗侧力结构构件。
关键词:建筑 不规则性 结构设计
中图分类号:TB482.2 文献标识码:A 文章编号:
随着社会经济的进步和人们思想观念的不断更新,严格意义的规则建筑已经不在引领潮流,取而代之的则是大批设计标新立异,个性鲜明的建筑物,如北京鸟巢、中央电视台新大楼等。不规则建筑的不规则性,对其结构设计提出了更高的难度和要求。要达到既适应市场需求,又满足规范要求,并且结构构件安全,使用功能适用,结构造价适宜的设计目标,除了进行必要的抗震计算分析外,更重要的是结构设计。
1建筑结构不规则性类型
1.1复杂高层结构和超出规范结构:1)典型的有带有转换层、加强层、错层、连体、多塔楼等的结构。2)超高超限的结构,其高度超过了规范规定的最大高,或其超过了规范规定的其最大最小限值;3)新型结构,我们在这里特指采用最新材料、新工艺技术建造的建筑并且规范没有涉及到的新的建筑结构类型。
1.2竖向不规则结构
1)侧向刚度不规则的结构:①侧向刚度小于相邻上部楼层的70%或相邻三层楼层平均值的80%;②建筑上部楼层的收进部位与室外地面高度差大于房屋高度的 20%时,上部楼层收进后的水平尺寸大于大于其下一层的 0.75倍 ;③建筑下部楼层的水平尺寸小于上部尺寸的90%并且水平尺寸大于 4m;④结构顶部因为取消墙柱而形成的空旷建筑。2)竖向抗侧力构件不连续:竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递。3)楼层承载力突变:A 级建筑的层间受承载力比小于80%;B 级高层小于75%。
1.3平面不规则结构
1)扭转的不规则结构:位移比大于 1.2。2)凸凹的不规则结构:①平面过于狭长;②凹进去的部分太多;③凸出部分过细。3)楼板局部不连续的结构:①在楼板上开洞凹入,起作用的楼板宽度应该小于其普通楼板宽度的 50%;②楼板的开洞面积大于本层楼面积的 30% ;③平面为细腰形或楼层出现错层。
2建筑结构的对称性、均匀性
建筑的主体抗侧力结构一般是与两个主轴方向的刚度和变形特性比较相近。这么说来是因为实际的建筑结构都是三维立体的空间,而且地震荷载、风荷载的方向不稳定。如果要获得良好的抗震抗风性能,就要保证抗侧力结构的两个主轴方向的刚度相对均匀。
建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要突变。这里主要是指主题结构的剪切刚度不要突变。这种均匀的建筑可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏,尤以强震区的建筑结构特别注意。
建筑主体抗侧力结构的平面布置,应注意同一主体方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀,应避免在主体结构布置中某一、二片刚度别大而延性较差的结构。同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀,水平荷载作用下应力分布将比较均匀,是有利于结构抗震延性的实现。
不但中央核心与周边结构的刚度要协调均匀,而且还保证主体结构具有较好的抗扭刚度,这样的建筑主体抗侧力结构水平布置是可以避免建筑物在地震荷载或风荷载的扭矩作用下产生扭转变形而致使结构或非结构构件损坏。
3荷载的传力直接
3.1 垂直荷载的传力直接
楼面盖梁系的布置,尽量使垂直荷载以最短的路径传递到竖向构件墙柱上去。一般情况下,在实际结构布置中是依靠构件的竖向刚度来传递转移,也就是说刚度大的构件可以承受更多的荷载。
竖向构件的布置,应尽量使竖向构件在垂直荷载作用下的压应力水平接近均匀,以避免竖向构件之间压应力的二次转移。要注意使基础反力水平接近、刚度均匀。当然竖向构件在垂直荷载下压应力水平绝对的一致是不可能的,垂直荷载下竖向构件压应力水平的调整协调十分复杂,它取决于整体结构的实际施工构成,实际的垂直荷载作用的时间、混凝土材料等。
转化结构的布置,应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直荷载通过转换层一次至多二次转换即能传递到下部结构的竖向构件上去。要求在进行带转换层建筑结构设计时,建筑师、结构工程师要密切配合,上部、下部建筑结构要贯穿一体整体考虑设计,不能顾此失彼、互补相干。
3.2 水平荷载的传力直接
风荷载是建筑结构经常承受的重要水平荷载。 整体看来,建筑结构在风荷载作用下要满足结构顶点水平位移、层间水平位移的一定的限值要求,避免因整体结构过大的侧向变形对结构产生不利的附加 P-Δ 效应和引起非结构构件填充墙、 幕墙、 电梯的破坏,从而影响建筑的正常使用。 首先作用在建筑物表面的墙体、门窗等建筑配件上的是风荷载,进而再传递到周边竖向构件上来,而后通过整体结构逐层下传递到基础,这就要求它们要有足够的强度、刚度来承受直接的风荷载作用。
地震荷载是建筑结构必须要考虑所发生的重要水平荷载。地震荷载是由于地面运动而引起地面以上建筑结构受迫振动产生的动力荷载。 地震作用实际上是一种惯性力。 由于地震波引起房屋基础下的土体的晃动,继而致使房屋的上部结构发生摇晃和颠簸,使结构自身受到了力的作用,这种力的作用,就称为地震作用。 鉴于地震波在土体中的传播特性, 地震作用有水平方向和竖向方向两种,而对建筑结构影响大的,是水平方向的地震作用或称为水平地震作用。 所以在设计中要考虑水平地震作用,只有在 9 度设防的高裂度区,才同时又考虑竖向地震作用。
4结构的合理刚度
4.1 楼屋盖结构的合理刚度
楼屋盖结构的刚度合理, 主要是指盖梁板断面尺寸选择合理、布置适当。楼屋盖结构刚度过小会造成梁板的变形,容易对地面装修造成破坏;楼屋盖结构的刚度过大,则梁板的断面加大,自重增加占据的空间过大,增加建筑物的成本的同时也影响建筑使用。
4.2 主体抗侧力结构的合理刚度
建筑结构设计的重要指标之一是要求具有刚度合理的主体抗侧力结构。 必须要保证的是在水平位移、整体刚度、强度延性的要求下主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定,从而保证建筑结构能正常工作。特别要指出的是,建筑结构抗侧力结构的刚度不宜过大,应该合理。(1)如果主体抗侧力结构拥有过大的刚度,会使结构基本自振周期缩短,地震荷载加大,结构承受力加大,进而造成地基基础的负担加大,相应的结构的断面和相应的构造配筋需要相对增加,在经济方面造成不利影响。 (2)如果主体抗侧力结构拥有过大的刚度,也要占据较大的面积空间,进而降低建筑平面利用系数,从建筑利用角度来看同样不合理。
反过来说,满足和略大于规范限值的刚度才是合理的建筑结构主体抗侧力结刚度,;不可以靠加大结构断面尺寸来获取更大刚度,相反有时效果会会适得其反,必须靠合理的结构构造和精心设计来获取结构的延性和安全的储备。并且如果必要配筋构造措施没有同步完成,则会造成结构的隐患,不仅损坏了结构的延性和安全度,在经济效益方面也会大打折扣。
5.结语
现代生活中建筑结构型式越来越复杂, 相比之下不规则的建筑结构型式往往更适应市场需求,但却较难满足规范要求。但是,只要抓住解决建筑不规则的核心问题,深入领会规范的精神,把握住工程的实际情况,抓住优化设计方案,合理选择计算方法和计算参数,认真分析薄弱部位和地震力调整,强化抗震构造措施等环节,就能使遇到的问题迎刃而解。
[参考文献]
[1]建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社.
[2]建筑混凝土结构设计规范(GB 50010-2010) [S].北京:中国建筑工业出版社.
【关键词】不规则性;高层建筑;结构设计;运用
中图分类号:TU97 文献标识码:A 文章编号:
随着我国高层建筑事业的不断发展,越来越多的不规则建筑物出现在我们的面前。就目前来,不规则的高层建筑的表现形式不仅多种多样,而且其类型的不同其在结构设计中的运用也不相同。因而作为高层建筑结构设计人员,必须认真分析高层建筑结构的实际需要,采取针对性的措施,才能更好地促进高层建筑结构设计的有效性和安全性。基于此,以下笔者结合自身工作实践,作出以下几点分析。
1.不规则性在高层建筑结构的概述
从古至今,建筑主体随着时代的变迁发展成多种样式的变化,而建筑物的对称性一直是建筑物主体的核心部分。所谓建筑的对称性是指建筑物中抗侧力的肢体结构的对称。每座建筑物的建造都是由专业工程师进行严格精确的计算和平面设计功能相互辅助,合理布置使建筑物结构在最大程度上对称。建筑结构的不规则和不对称,在水平侧力的作用下,建筑物的结构会发生扭曲变形、荷载能力下降,而非结构异常工作,使其加大了结构的成本。结构不规则主要表现在以下几个方面:一是结构为斜向的抗侧力结构;二是结构不对称和质量不规则。而这就导致质心与刚新出现严重的偏离,进而将结构扭转。
当应力过于集中时,也会出现不对称性,尤其是在应力集中部位的结构受到较大水平力作用时,其受到的损坏十分严重。建筑物的设计、结构布置、施工建造、以及建成,对建筑物施工前的数据计算与分析,对设计结构的布置以及位移比等都是影响建筑整体结构因素。为使建筑结构布置的更加经济、合理、安全,设计师对建筑的设计不能只靠概念设计,加强对实际运用使不规则建筑调整为规则建筑[1]。
2.不规则高层建筑的主要表现形式
不规则高层建筑的主要表现形式分为15种之多,其一,扭转不规则即建筑物偶然偏心,当偏心的位移比>1.2;其二,凹凸不规则即凹进面的尺寸>凸出面的尺寸,平面凹进侧尺寸应比投影总尺寸大0.35,当平面设计较长,长宽>6.0时,抗震应设防在6°或7°;凸出部位较细时,凸出部分长宽比>2.0;其三,板楼局部不连续时,即楼板的凯洞凹陷,致使楼板的宽度比原楼板的宽大大2倍,所选用的楼层为细腰形平面时,而这就会导致大范围楼层错层,有时甚至角部发生重叠,因而较小一侧的面积往往是重叠面积的4倍;其四,侧向刚度不规则,即邻近三层平均值小于80%,以及邻近上部楼层<70%;除此之外的不规则建筑有侧向刚度不规则的结构、竖向值骤变的结构、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变、结构的周期比过大、复杂高层结构,带转换层的结构、竖向抗侧力构件内力从水平转换构件至下传递、带加强层的结构、连体结构、错层结构、多塔楼结构等[2]。
3.不规则高层建筑应采取的相应措施
根据很多有关地震数据资料的分析,我们得出的结论是,与较低的楼层相比,高楼的结构更显“柔”一些,在强烈的地震振动下,高楼的变形情况更大一些。不规则或不对称的建筑在地震时,情况较轻的会扭转脆性破坏,严重的直接造成建筑的坍塌。为避免地震时对不规则建筑产生较大的扭转和坍塌,在建筑物建造时限制其不规则性,从扭转效应和扭转刚度的强弱来具体实施办法。
3.1调整不规则建筑的平面设计,减小结构的偏心距
在对不规则建筑物改造之前,施工人员是关键,只有具备专业知识与技术的人员才能确保对建筑达到有效质量保证。减小结构的偏心距有两点,其一为改善建筑的扭转、减小楼层位移之比,应调整建筑结构的平面布置,保证扭转效应与相对偏心距的线性关系,使结构质心与钢心更接近;其二为建筑结构扭转效应得到更好的改善,应对不规则建筑结构平面进行合理布置,进行计算,从中得出质心与钢心的数据,从而可以判断出结构中刚度的分布,并根据实际情况,针对性的调节与质心相距较远的剪力墙。
3.2控制不规则建筑结构周期比,调整抗侧刚度及抗扭刚度比
一是为使建筑的不规则结构得到有效调整,在设计结构方案时,应减小结构的相对偏心距,在对结构不规则平面布置的调整时,减小周期比也是一项重要的举措,据有关资料,线性关系=结构扭转效应+结构周期比;二是为避免震灾使不规则建筑发生扭转,应加强抗扭刚度,并减小扭转周期,增加周边连梁的刚度加大不规则建筑结构的抗扭刚度;三是减小不规则建筑结构扭转周期应结构边设拉梁;四是为增加平动周期,一般采取的方式主要是减弱剪力墙。
3.3增强不规则建筑结构抗扭性能安全措施
为使不规则建筑在强震的作用下保证其扭转性能的安全,除了满足周期比与位移比的规范要求,还应加强强化受抗扭效应制约很重要的构件的抗剪性能,满足其在强震的条件下原对称结构不会随着双向水平地震的作用下变形而偏心,使其持续保持在弹性状态中。
3.4不规则建筑的抗震设计
在对不规则建筑进行抗震设计时,应设置防震缝,对建筑平面复杂及不规则的结构,将其分别分成各个单元。设计的防震缝对不规则建筑的抗震设计有着极大的重要意义,应根据实际情况设计防震缝的宽度,对抗震缝两侧的结构体系进行分析,体系出入较大的,在设计抗震缝时应多考虑不利的因素,按照低侧的高度来作为衡量抗震缝的宽度;对不规则建筑相邻结构基础沉降较大的建筑物,则应加大抗震缝的宽度。在抗震规范中,对建筑物的高度有严格的限制,根据新规范的要求,建筑物的高度不能超过B级。在实际施工过程中,应根据实际的具体情况,设计最有效的施工图纸,避免对工程工期和工程造价造成不必要的浪费[3]。
4.高层建筑的不规则建筑的发展趋势
随着国家的发展,社会进步明显增快,科技水平的不断提高,许多大中小城市都在不断的扩建与改造,设计师们也为了更好的融洽当今社会,顺应时代的召唤和城市多元化的发展,他们在传统设计理念的基础上,尝试了更多的挑战。随着城市的发展与建设的不断更新,城市中的建筑也要求独具一格、别出心裁,建筑物的复杂性和不规则性已成为现在城市建筑的发展趋势。根据实际经验及国家相关法律条文规定,建筑物的设计与建造应使建筑物对称与规范,保证建筑物建造完工后不会因为受斜向侧力的影响致使建筑物整体结构及安全带来影响。这不仅是对建筑行业的一个挑战,更是对设计人员的挑战,在遵守国家的法律条文的同时,建筑行业对自身的强化与人员的培训有着重要的意义。对不规则建筑的设计与计算也是现今建筑行业中最突出的问题。如今已有的不规则建筑已成为城市中的一道亮丽的风景线,例如有鸟巢、水立方、长城饭店以及希尔顿饭店等等[4]。
5.结语
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]安志宏.高层建筑结构设计不规则性的研究与应用[D].吉林大学,2004.
[2]刘华新,孙志屏,孙荣书.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].辽宁工程技术大学学报,2007,02:222-224.
计算建筑面积的范围
1.单层建筑物不论其高度如何均按一层计算,其建筑面积按建筑物外墙勒脚以上的外围水平面积计算。单层建筑物如带有部分楼层者,亦应计算建筑面积。
2.高低联跨的单层建筑物,如需分别计算建筑面积,当高跨为边跨时,其建筑面积按勒脚以上两端山墙外表面间的水平长度乘以勒脚以上外墙表面至高跨中柱外边线的水平宽度计算;当高跨为中跨时,其建筑面积按勒脚以上两端山墙外表面间的水平长度乘以中柱外边线的水平宽度计算。
3.多层建筑物的建筑面积按各层建筑面积的总和计算,其底层按建筑物外墙勒脚以上外围水平面积计算;二层及二层以上按外墙外围水平面积计算。
4.地下室、半地下室、地下车间、仓库、商店、地下指挥部等及相应出入口的建筑面积按其上口外墙(不包括采光井、防潮层及其保护墙)外围的水平面积计算。
5.用深基础做地下架空层加以利用,层高超过2.2m的,按架空层外围的水平面积的一半计算建筑面积。
6.坡地建筑利用吊脚做架空层加以利用,且层高超过2.2m的,按围护结构外围水平面积计算建筑面积。
7.穿过建筑物的通道、建筑物内的门厅、大厅不论其高度如何,均按一层计算建筑面积。门厅、大厅内回廊部分按其水平投影面积计算建筑面积。
8.图书馆的书库按书架层计算建筑面积。
9.电梯井、提物井,垃圾道、管道井等均按建筑物自然层计算建筑面积。
10.舞台灯光控制室按围护结构外围水平面积乘以实际层数计算建筑面积。
11.建筑物内的技术层,层高超过2.2m的,应计算建筑面积。
12.有柱雨篷按柱外国水平面积计算建筑面积,独立柱的雨篷按顶盖的水平投影面积的一半计算建筑面积。
13.有柱的车棚、货棚站台等按柱外围水平面积计算建筑面积;单排柱、独立柱的车棚、货棚、站台等按顶盖的水平投影面积的一半计算建筑面积。
14.突出屋面的有围护结构的楼梯间、水箱间、电梯机房等按围护结构外围水平面积计算建筑面积。
15.突出墙外的门斗按围护结构外围水平面积计算建筑面积。
16.封闭式阳台、挑廊,按其水平投影面积计算建筑面积。凹阳台、挑阳台按其水平投影面积的一半计算建筑面积。
17.建筑物墙外有顶盖和柱的走廊、檐廊按柱的外边线水平面积计算建筑面积。无柱的走廊、檐廊按其投影面积的一半计算建筑面积。
18.两个建筑物间有顶盖的架空通廊,按通廊的投影面积计算建筑面积。无顶盖的架空通廊按其投影面积的一半计算建筑面积。
19.室外楼梯做为主要通道和用于疏散的均按每层水平投影面积计算建筑面积;楼内有楼梯室外楼梯按其水平投影面积的一半计算建筑面积。
20.跨越其他建筑物、构筑物的高架单层建筑物,按其水平投影面积计算建筑面积,多层者按多层计算。
不计算建筑面积的范围
1.突出墙面的构件配件和艺术装饰,如:柱、垛、勒脚、台阶、无柱雨篷等。
2.检修、消防等用的室外爬梯。
3.层高在2.2m以内的技术层。
4.构筑物,如:独立烟囱、烟道、油罐、水塔、贮油(水)池、贮仓、圆库、地下人防干、支线等。
5.建筑物内外的操作平台、上料平台及利用建筑物的空间安置箱罐的平台。
6.没有围护结构的屋顶水箱。舞台及后台悬挂幕布、布景的天桥、挑台。
7.单层建筑物内分隔的操作间、控制室、仪表间等单层房间。
8.层高小于2.2m的深基础地下架空层、坡地建筑物吊脚架空层。