浅谈建筑结构设计中不规则结构设计问题

浅谈建筑结构设计中不规则结构设计问题
随着我国经济水平和科学技术水平的大幅提升，传统的、结构单一的建筑风格慢慢的无法满足人们的追求，不规则的建筑结构大量涌现，推动了建筑结构设计的多样化发展，实现了规则设计向不规则设计的转化，如何分析和设计不规则结构是必须解决的重要问题，本文主要针对所参与芜湖特色小镇项目的结构设计中不规则性问题进行了分析研究，并讨论优化此类设计的具体措施，意在提升建筑结构的设计水平，有效推动建筑行业的发展。

标签：建筑结构设计；不规则结构设计；问题
建筑设计规范中明确规定建筑宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免侧向刚度和承载力的突变。

但是目前，随着各项事业的进步，经济的发展，越来越多的新颖别致、彰显个性的建筑出现，基本上都是不规则和特别不规则的，如何按照规范的精神，进行不规则建筑结构的抗震设计与计算分析，成为工程设计中必须解决的重要课题。

1、不规则结构的主要特点
1.1平面不规则
不规则问题在平面上主要分为三个类型：第一、扭转不规则，在具有偶然偏心的规定水平力作用下楼层两端抗侧力构件弹性水平移最大值与平均值的比值大于1.2；第二、凹凸性的不规则，建筑平面凹进尺寸比投影方向总尺寸大30%。

第三、楼板局部不连续，主要是楼板平面刚度或尺寸产生急剧的变化或较大的楼层错层。

1.2竖向不规则
竖向不规则主要有包括以下几个类型：第一，侧向刚度不规则，其判断依据是楼层侧向的实际刚度值比小于相邻上一层楼层刚度值的70%，或者是小于该楼层以上相邻三个楼层平均侧向刚度值的80%，除去顶层或出屋面的小建筑外，局部收进尺寸大于相邻下一层相邻楼层刚度值的25%；第二，竖向抗侧力不规则，主要是以竖直方向的抗侧力形成的内力，利用水平转换向下传递作为基本依据；第三，楼层之间的质量突变，其判断标准在于楼层质量是否能够比下一层相邻的楼层质量高1.5倍；第四，楼层中的承载力突变，抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80%。

2、芜湖特色小镇的结构不规则问题
2.1塔楼偏置
如上图1：钟楼位于建筑的一角，其高度和荷载远大于旁边与其相连的商业
建筑，若在技术上不处理，则为塔楼偏置，对整个建筑产生的扭转效应明显。

2.2结构抗侧刚度和抗扭刚度比问题
高层建筑结构的扭转效应与结构周期比有很大的关系。

笔者发现在设计建筑结构时，可以通过减小建筑结构的周期来调整结构承受的扭转效应。

比如在进行该项目中的住宅高层结构设计时，在周边对称增加剪力墙的长度和厚度来减小结构自振周期，同时也可以通过增加周边连梁的刚度来增加结构的抗扭刚度。

2.3位移比
此项目中，商业建筑均是坡屋面，且高度较高，角度成45°，在进行计算时，多出位移比超过1.2，结构为扭转不规则。

2.4结构偏心距问题
高层建筑结构的扭转效应和结构的相对偏心距息息相关，若是在结构设计时，未注重结构剪力墙平面布置的周边、对称，导致结构刚心和质心偏离明显，结构扭转效应明显，结构安全和经济效应较差。

2.5楼板开大洞
此项目中的E-8#楼是按照教堂设计的，整个平面呈回字形，内部开洞口面积较大，在建筑方案阶段，就建议洞口面积不宜过大，避免了平面不规则。

同时通过加厚周边楼板（楼板150mm厚），提高楼板的配筋率，双层双向配置钢筋的方式保证结构水平力的传递。

3、优化不规则结构设计的主要措施
3.1将建筑当中的相对偏心距缩短
做好结构偏心受压类型的分类，使偏心距能够得到有效的调整，进而达到改善平面与空间分布情况的目的，这对于结构稳定性及安全性的提升具有很大的推动作用，在对建筑工程进行实际设计过程中，应该结合具体情况，尽可能的缩小偏心距，并将其合理的应用到设计方案当中，进一步的提升建筑结构设计的科学性[1]。

3.2对抗侧以及抗扭刚度进行科学的设计
在针对建筑结构进行设计时，对主体结构的自我周期以及扭转效用之间的关系进行充分的考虑，并结合建筑情况对自我诊断周期进行设计，使建筑结构能够获得更高的安全性及稳定性[2]。

结构平面布置时，增强建筑周边刚度，在满足规范的前提下，尽量减小建筑内部刚度，使自我振动周期被缩短，建筑結构的抗扭刚度得到有效的调整。

同时，针对位移比超过1.4的部位进行加强，严格控制
结构位移比在规范合理范围内。

3.3对防震缝进行合理设计
设计人员在对建筑结构实施设计的过程中，需要做好设计图纸的分析工作，对其中的限制条件加以了解，明确掌握其中的影响因素，并做好相关的研究工作，使不规则的结构能形成有规则的整体。

如在小镇项目，此项目中大部分的商业平面上都是呈V型、L型、弧形等，平面不规则不对称，多栋建筑还存在左右层数不同。

在结构设计时，通过合理的设计防震缝，其形成刚度均匀分布且形式简单的个体，有效的解决了塔楼偏置、扭转不规则等问题，从整体上确保建筑结构的质量。

与此同时，还可以通过防震缝对房屋进行划分，使降低地震过程中相邻建筑的碰撞，尽可能的减小地震对建筑的损害。

3.4对结构边缘部分的构建进行强化
为了保证建筑结构的分局效果能够得到既定要求，不但需要调整主体结构，还要在建筑结构边缘部分适当的增加抗剪强度，如果存在外力影响问题，会使主体结构受到严重的破坏，需要将有效的防治措施落实到建筑当中，使边缘结构强度得到进一步的增强，可以对抗扭构建方面的抗剪能力进行增强，使建筑结构可以将自身的功能充分的发挥出来，进而提升结构的安全性和完整性[4]。

结语：
综上所述，建筑结构当中的不规则问题，往往会对建筑物的安全和稳定造成巨大的影响，使建筑结构的设计与布局质量受到巨大的影响，因此，在进行建筑的不规则结构设计时，需要尽量减少薄弱部位的产生概率，通过对建筑设计水平的提升，使不规则性问题得到有效的解决，使建筑的安全性要求以及美观性要求得到有效的满足。

参考文献：
[1]燕铭哲.建筑结构设计中不规则结构设计问题探讨[J].建筑工程技术与设计，2017，5（32）：2948—2948.
[2]卞诗雅.建筑结构设计中不规则性问题的分析[J].建筑工程技术与设计，2017，6（29）：424-424.
章亚萍，安徽文德投资控股有限公司，安徽合肥。