浅谈不规则建筑结构设计的相关问题分析

浅谈不规则建筑结构设计的相关问题分析

魏锦

南京长安建筑规划设计有限公司江苏省南京市210000

摘要：当前外观奇特，造型精美的建筑逐渐发展壮大，甚至成为了城市的地标性建筑，那么在这些建筑中，不规则建筑物是比较常见的一种，针对不规则建筑的设计近些年来成为了建筑领域非常关注的一个问题。文章针对建筑设计中的不规则设计问题进行一些分析研究。

关键词：建筑结构设计；不规则设计；分析

引言

近些年来，我国建筑领域不规则建筑发展十分迅速，相对于传统结构建筑来说，不规则建筑设计相对复杂，难度也较大，但是在遵循设计原则，保障设计合理性与科学性的前提下，其结构的坚固性与稳定性是可以保障的。

一、不规则建筑结构设计的相关问题概述

1.不规则建筑结构的基本特征

1.1首先是平面不规则结构，第一是不规则：平面狭长、凹进太多、凸出太细，第二就是局部不连续设计，这种设计的特点是楼板凹进后，导致有效楼板的宽度小于本层面楼板的典型宽度的一半。

1.2然后是竖向不规则结构的设计,这种结构的设计特点是楼层侧向刚度与其相邻的上面楼层相比，低于70%，如果是高层结构，那么上部份楼层的收进部分延伸到外面地面的高度从水平方面测量就必须要比相邻下面一层的高度高于25%。

1.3其次是建筑结构整个平面作为原始的平面结构，设计的时候只是在原有平面的基础上进行搭建或者拼接的设计，这样的设计通常来说就是针对原有的设计进行一部分的调整，从而达到不规则结构的目的。

1.4最后是与原有建筑结构相比，高于其结构标准的设计，通常业内将这类建筑统称为超规范结构，总结来说这种建筑结构具有高于原有建筑结构设计，高度在一定范围内，设计以及技术难度大，材料相应变化；在其他限制数值方面也超出；结构从新设计，采用新型的材料以及技术等特点。

2.不规则建筑结构设计计算

针对不规则建筑结构的设计来说，计算是非常繁琐，计算必须要保障精准，严格按照相关规定进行，在确保外观的前提下进行优化设计，具体来说就要保障结构平面的规则性，不规则是相对而言的，它是可以有多个规则平面组合而成的，这样能够保障受力的均匀性。其次，是采用合理的计算方法，建筑结构设计中，抗震计算是一个重要的部分，那么对于地震发生后建筑结构的抗震能力预测和计算，我国现有的计算标准和公式有很多种，因为不规则建筑结构抗震能力预算具有非常突出的不可预测性，我国现阶段并没有在一种明确的计算方式对其进行计算，比较常见的就是底部剪力法；振型分解反映谱法以及弹性时程分析法。最后，就是针对抗震措施的强化方面，地震作为建筑结构所面临的最大威胁，对于不规则结构的建筑来说，这种威胁更加明显，那么强化抗震措施的设计就显得更加重要，为了能够确保不规则建筑结构的安全和稳定，要针对各个区域的受力值差异进行深入研究，不管是检测还是计算难度都很大，虽然现阶段我国能够借助计算机等设备进行很多计算，但是也不能确保计算完全不存在误差，因此，抗震措施的强化就显得更加重要，也是不规则建筑设计中一个重点、难点。

3.不规则建筑结构的电算参数设置

3.1扭转耦联。从理论分析和工程实例计算得知，非耦联计算通常用于平面结构。因此，空间分析软件SATWE取消了是否选择扭转耦联的选项，在结构计算中总考虑扭转耦联的影响，显然这对扭转不规则结构的计算分析是十分有利的。

3.2振型数量。《高规》规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。为了保证抗震计算结果准确，必须选取足够多的振型数量，使有效质量系数大于0.9。

3.3双向地震。从我国在建筑物抗震数值以及设计理念方面来看，依据相关条文和规定，如果采用不规则结构，那么在日后的抗震能力上，必须采用双向抗震措施，施工中要进行全面的监督和管理，严格依据相关规定设计进行。

3.4设置弹性楼板。弹性楼板，简单的说就是楼板具有一定的弹性，当然这个弹性的数值具有明确的范围，弹性数值过大，则建筑的整体结构不稳定，弹性数值过小，则会影响建筑结构的抗震能力，因此，在进行施工建设初期，应该对楼板的质量和楼板的各项属性都进行严格的审查，合格后的楼板才能运进施工现场。

二、建筑结构设计中不规则设计实际应用

1.工程概述

某国际中心办公楼项目，为一栋地下四层，地上38层以办公为主的综合性超高层建筑，建筑物高度为179.5米，大屋面上有约21米高的钢结构。地上部分主楼和该工程其它楼栋之间由防震缝完全隔开，地下室连为一体，通过设置施工后浇带来解决主楼与相邻地下室荷载差异引起的沉降差。

2.超限类型和程度

高度超限：主楼大楼结构高度179.5米，超过7度设防框架一核心筒A级高度限值130米；扭转及平面规则性：v向18层偏心率0.1879>0.16，扭转位移kt>1.3；竖向规则性：3O层、36层搭接柱转换。

3.抗震不规则的结构处理

高度超限：本工程高度较大，采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充汁算。进行风载、多遇地震下结构整体抗倾覆验算,同时考察主要墙、柱的拉压力状况，控制其破坏程度，并设置型钢和加强配筋提高延性；扭转不规则：部分楼层扭转位移比大于1.2，但小于1.4。对此，后续设计尽可能优化刚度分布，加强边框架对扭转刚度的贡献，改善扭转不规则；考虑双向地震作用下的扭转影响。

4.2周期和振型

前3个振型计算结果见表1：本结构的扭转与平动周期比满足规范≤0.85要求。

4.4刚度比

高层建筑楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70％或其上相邻三层侧向刚度平均值的80％。按照SATWE的“剪切刚度”和“层剪力与位移比”两种算法的最不利结果，其层问刚度比均满足该要求，无薄弱层。

4.5大震下动力弹塑性分析

采用EPDA进行计算分析，选择频谱特性较为理想的两条双向天然波和一条双向人工波，计算步长为0.02秒，持时为5～10倍自振周期，输人主方向最大加速度为220cm／s，次方向为187cm／s，计算结果如下表：

结束语：

总而言之，在进行不规则建筑结构设计的时候，必要从人们的审美需求出发，在技术上精益求精，不规则建筑是我国建筑行业发展的一种趋势，能够满足人们对于建筑形式多样化的需求，从一个城市发展的角度来看，很多成功的不规则建筑都成为了地标性建筑，标志一个城市现代化的程度，所以，深入对不规则建筑结构的设计研究，已经是建筑领域中一个非常关键的课题，在不规则结构建筑中，高层建筑比较多见，这种建筑物所设计的内容很多，在抗震设计上尤为关键，本文以高层建筑不规则结构设计为例，对其设计进行了分析和研究，希望能够对我国的不规则结构设计的发展进一份绵薄之力。