建筑结构设计不规则性问题的分析

2015-03-09龚俊

建材与装饰 2015年45期

龚俊

（贵州省铜仁市建筑勘察设计院贵州铜仁 554300）

从当前建筑结构设计过程来看，设计人员在设计过程中除开展对称性设计的同时，还需要不规则设计，使建筑具有良好性能。但从当前建筑结构设计的实际内容来看，其中存在多方面质量问题，对建筑整体性能产生影响。本文将以此为背景，对建筑结构设计中不规则问题的相关内容进行简单分析。

1 建筑结构设计中不规则问题概述

1.1 建筑结构合理刚度

从当前建筑结构设计来看，结构合理刚度主要表现为楼屋盖结构合理刚度、主体抗侧力结构合理刚度等几方面内容，其具体资料如表1所示。

表1 建筑结构合理刚度统计表

1.2 建筑空间利用

在整个建筑结构中，结构必然会占据着一定空间，实现建筑集合结构空间的合理利用，是当前建筑空间设计中的主要内容。从当前建筑结构设计内容来看，在整体结构高度较大的高层中，通过避难层与设备层控制刚性，是提高建筑抗侧刚度的主要方式，能满足建筑结构设计的主要方法。具体而言，在建筑空间结构设计中，要避免出现单纯重视建筑单一构件重要性而忽视整体结构合理性的问题。

2 建筑结构设计中的不规则设计探索

考虑到建筑结构在地震中可能出现不同程度损伤现象，因此在结构分析重要正确认识到其中容易出现损伤的结构位置，并在设计中对其进行进一步的限制与控制。

2.1 设置防震缝降低地震对建筑结构的影响

考虑到当前建筑结构中普遍呈现出复杂化、多样化的结构趋势，因此在建筑结构设计中需要设置防震缝来，通过将整个建筑结构划分为多个单一的建筑结构，以强化建筑队地震的抵抗能力。一般在建筑结构抗震缝设计中，若发现两侧构件体系存在较大差异，或两者对地震的反应各不相同，而建筑结构相邻建筑构件基础沉降量比较大的时候，在设置防震缝时需要重点考虑薄弱一侧的结构构件形式，并通过增设兼做沉降缝的建筑抗震缝的方式进一步强化建筑抗震性能。

2.2 保证建筑结构偏心距合理

在建筑结构设计中，考虑到结构相对偏心距与扭转效应在特定范围内是以线性函数的形式而存在的。因此为保证建筑主体结构的扭转效应稳定，就需要在合理的高度上控制结构的相对偏心距，通过科学协调建筑结构空间与平面分布情况，来达到既定的建筑结构设计质量控制效果。在建筑结构偏心距设计中，首先要对建筑的各个结构进行计算，获得建筑结构的精准参数；在确定相关参数之后，调整建筑结构的不规则平面布局，确保其具有准确性。在不规则结构设计结束之后，需要充分发挥技术人员的作用，通过综合分析建筑结构设计中的相关数据，最终确定建筑结构的整体刚度情况。若发现上述措施的质量控制效果不明显，可以调整建筑结构哥哥阶段的实际参数，使建筑结构之间具有良好的偏心距，避免扭转作用发生。

3 基于建筑结构设计的不规则问题分析

框架-剪力墙是不规则设计中的重要组成部分，为保证建筑结构具有良好的抗震性能，就需要开展对剪力墙结构的分析。

3.1 框架-剪力墙受力分析

框架-剪力墙结构是分别由剪力墙与框架两种结构组成，两种要素在抗侧力单元在水平荷载作用下的受力特点与变形性能上表现出明显差异。受水平荷载影响，框架变形曲线主要表现为剪切型，且楼层高度越高，建筑的层间位移变化情况越不明显；而剪力墙变形曲线主要呈弯曲型，楼层越高，其所受到的水平位移越明显。

一般在建筑总框架的剪切刚度计算中，首先需要引入抗侧刚度值，且框架节点总是存在转角。此时，若发现结构刚度无限扩大，则会发现转角不断减小，并可忽略转角，并将其设置为固定值展开计算。在此情况，其相关关系参数的计算公式为：

式中：d代表柱的抗侧刚度，所代表的就是单位位移所需要施加的水平推力；h代表建筑的实际高度；i代表柱的线性刚度参数，ic代表柱的抗弯刚度。

3.2 框架-剪力墙内里分布特征分析

框架-剪力墙的楼层主要由两部分组成，分别为框架承担的楼层剪力与剪力层的楼层剪力，其计算公式为：P=P1+P2。

同时，考虑在结构下部，剪力墙的层间变形不明显，容易受到框架变形现象的影响，具体表现为：剪力墙部分的剪力P1较大，而框架部分剪力P2较小；随着楼层高度上升，墙底扶持效应减小，与框架相同的楼层剪力水平差距出现变化，直到二者出现独立受力情况。

3.3 框架-剪力墙结构不规则设计的参数优化分析

3.3.1 结构分析

我国相关标准明确规定：在建筑结构设计中，需要重视结构的平面与竖向解耦股的平面布置，使其相关参数标准划分具有科学性。

总体而言，在建筑结构设计中，不规则特征主要可划分为四方面，其具体内容如表2所示。

3.3.2 建筑结构不规则参数

为保证建筑结构不规范设计的有效性，需要对其具体内容进行相应的测评与分析，并对其中的具体参数进行控制。具体而言，在开展不规则参数设定中，需要重视以下几方面分析：

表2 建筑结构不规则特征

（1）周期比。主要指解耦股扭转为主的第一自振周期与以水平为主的第一自振周期，周期比是控制结构扭转效应的重要指标。在当前结构周期比设计中，要保证其扭转变形小于结构平动变形，并且在地震作用下，结构扭转振动不会转化为主振动效应，导致建筑整体结构出现不可逆损伤。一般情况下，在周期比设计中，A级建筑的周期比普遍小于等于0.9；而B级建筑周期比普遍小于等于0.85。

（2）刚度比。主要指相邻楼层间的侧向刚度值比值，该比值是控制结构竖向不规则的主要指标。一般在结构参数设计中，要保证期侧向刚度应大于等于上层的70%；若刚度比不达标，则会出现薄弱层等问题，此时在相关系数计算中，需要用地震剪力乘1.15。而在当前的参数设定中，主要依靠SAWE软件确定各个楼层的刚度比，对于其中刚度比不满足薄弱层自动控制的剪切力进行控制。

3.3.3 结构设计要点分析

在当前框架-剪力墙结构设计中，剪力墙需要遵循均匀、周边等原则进行布置，并对其中的重点参数进行控制。同时考虑到剪力墙的延伸性、自重等问题，在整体结构设计中需要考虑延伸性设计的内容，设计的延伸性能月越好，则建筑整体性能越高。剪力墙平面结构优化是整个设计环节的重点，对剪力墙进行科学有效的优化，能有效提高建筑整体刚度，并强化结构抗震性能。而在扭转不规则的高层结构设计中，要将结构位置调整作为一种的重点内容，认识到扭转不规则指标突破程度增大对位移的影响，使建筑结构具有良好的抗震性能。