建筑結構設計不規則性問題的分析

龔俊

（貴州省銅仁市建筑勘察設計院 貴州銅仁 554300）

從當前建筑結構設計過程來看，設計人員在設計過程中除開展對稱性設計的同時，還需要不規則設計，使建筑具有良好性能。但從當前建筑結構設計的實際內容來看，其中存在多方面質量問題，對建筑整體性能產生影響。本文將以此為背景，對建筑結構設計中不規則問題的相關內容進行簡單分析。

1 建筑結構設計中不規則問題概述

1.1 建筑結構合理剛度

從當前建筑結構設計來看，結構合理剛度主要表現為樓屋蓋結構合理剛度、主體抗側力結構合理剛度等幾方面內容，其具體資料如表1所示。

表1 建筑結構合理剛度統計表

1.2 建筑空間利用

在整個建筑結構中，結構必然會占據著一定空間，實現建筑集合結構空間的合理利用，是當前建筑空間設計中的主要內容。從當前建筑結構設計內容來看，在整體結構高度較大的高層中，通過避難層與設備層控制剛性，是提高建筑抗側剛度的主要方式，能滿足建筑結構設計的主要方法。具體而言，在建筑空間結構設計中，要避免出現單純重視建筑單一構件重要性而忽視整體結構合理性的問題。

2 建筑結構設計中的不規則設計探索

考慮到建筑結構在地震中可能出現不同程度損傷現象，因此在結構分析重要正確認識到其中容易出現損傷的結構位置，并在設計中對其進行進一步的限制與控制。

2.1 設置防震縫降低地震對建筑結構的影響

考慮到當前建筑結構中普遍呈現出復雜化、多樣化的結構趨勢，因此在建筑結構設計中需要設置防震縫來，通過將整個建筑結構劃分為多個單一的建筑結構，以強化建筑隊地震的抵抗能力。一般在建筑結構抗震縫設計中，若發現兩側構件體系存在較大差異，或兩者對地震的反應各不相同，而建筑結構相鄰建筑構件基礎沉降量比較大的時候，在設置防震縫時需要重點考慮薄弱一側的結構構件形式，并通過增設兼做沉降縫的建筑抗震縫的方式進一步強化建筑抗震性能。

2.2 保證建筑結構偏心距合理

在建筑結構設計中，考慮到結構相對偏心距與扭轉效應在特定范圍內是以線性函數的形式而存在的。因此為保證建筑主體結構的扭轉效應穩定，就需要在合理的高度上控制結構的相對偏心距，通過科學協調建筑結構空間與平面分布情況，來達到既定的建筑結構設計質量控制效果。在建筑結構偏心距設計中，首先要對建筑的各個結構進行計算，獲得建筑結構的精準參數；在確定相關參數之后，調整建筑結構的不規則平面布局，確保其具有準確性。在不規則結構設計結束之后，需要充分發揮技術人員的作用，通過綜合分析建筑結構設計中的相關數據，最終確定建筑結構的整體剛度情況。若發現上述措施的質量控制效果不明顯，可以調整建筑結構哥哥階段的實際參數，使建筑結構之間具有良好的偏心距，避免扭轉作用發生。

3 基于建筑結構設計的不規則問題分析

框架-剪力墻是不規則設計中的重要組成部分，為保證建筑結構具有良好的抗震性能，就需要開展對剪力墻結構的分析。

3.1 框架-剪力墻受力分析

框架-剪力墻結構是分別由剪力墻與框架兩種結構組成，兩種要素在抗側力單元在水平荷載作用下的受力特點與變形性能上表現出明顯差異。受水平荷載影響，框架變形曲線主要表現為剪切型，且樓層高度越高，建筑的層間位移變化情況越不明顯；而剪力墻變形曲線主要呈彎曲型，樓層越高，其所受到的水平位移越明顯。

一般在建筑總框架的剪切剛度計算中，首先需要引入抗側剛度值，且框架節點總是存在轉角。此時，若發現結構剛度無限擴大，則會發現轉角不斷減小，并可忽略轉角，并將其設置為固定值展開計算。在此情況，其相關關系參數的計算公式為：

式中：d代表柱的抗側剛度，所代表的就是單位位移所需要施加的水平推力；h代表建筑的實際高度；i代表柱的線性剛度參數，ic代表柱的抗彎剛度。

3.2 框架-剪力墻內里分布特征分析

框架-剪力墻的樓層主要由兩部分組成，分別為框架承擔的樓層剪力與剪力層的樓層剪力，其計算公式為：P=P1+P2。

同時，考慮在結構下部，剪力墻的層間變形不明顯，容易受到框架變形現象的影響，具體表現為：剪力墻部分的剪力P1較大，而框架部分剪力P2較小；隨著樓層高度上升，墻底扶持效應減小，與框架相同的樓層剪力水平差距出現變化，直到二者出現獨立受力情況。

3.3 框架-剪力墻結構不規則設計的參數優化分析

3.3.1 結構分析

我國相關標準明確規定：在建筑結構設計中，需要重視結構的平面與豎向解耦股的平面布置，使其相關參數標準劃分具有科學性。

總體而言，在建筑結構設計中，不規則特征主要可劃分為四方面，其具體內容如表2所示。

3.3.2 建筑結構不規則參數

為保證建筑結構不規范設計的有效性，需要對其具體內容進行相應的測評與分析，并對其中的具體參數進行控制。具體而言，在開展不規則參數設定中，需要重視以下幾方面分析：

表2 建筑結構不規則特征

（1）周期比。主要指解耦股扭轉為主的第一自振周期與以水平為主的第一自振周期，周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。在當前結構周期比設計中，要保證其扭轉變形小于結構平動變形，并且在地震作用下，結構扭轉振動不會轉化為主振動效應，導致建筑整體結構出現不可逆損傷。一般情況下，在周期比設計中，A級建筑的周期比普遍小于等于0.9；而B級建筑周期比普遍小于等于0.85。

（2）剛度比。主要指相鄰樓層間的側向剛度值比值，該比值是控制結構豎向不規則的主要指標。一般在結構參數設計中，要保證期側向剛度應大于等于上層的70%；若剛度比不達標，則會出現薄弱層等問題，此時在相關系數計算中，需要用地震剪力乘1.15。而在當前的參數設定中，主要依靠SAWE軟件確定各個樓層的剛度比，對于其中剛度比不滿足薄弱層自動控制的剪切力進行控制。

3.3.3 結構設計要點分析

在當前框架-剪力墻結構設計中，剪力墻需要遵循均勻、周邊等原則進行布置，并對其中的重點參數進行控制。同時考慮到剪力墻的延伸性、自重等問題，在整體結構設計中需要考慮延伸性設計的內容，設計的延伸性能月越好，則建筑整體性能越高。剪力墻平面結構優化是整個設計環節的重點，對剪力墻進行科學有效的優化，能有效提高建筑整體剛度，并強化結構抗震性能。而在扭轉不規則的高層結構設計中，要將結構位置調整作為一種的重點內容，認識到扭轉不規則指標突破程度增大對位移的影響，使建筑結構具有良好的抗震性能。

4 結束語

建筑結構設計的不規則性不僅會影響建筑自身的穩固性，還會對建筑的美觀性產生影響，而在當前建筑結構的不規則設計中，要將其設計的重點設置在平面不規則設計、豎向不規則設計等多個方面，通過綜合控制各個設計環節質量，而獲得更好的建筑結構設計效果。

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