不规则建筑结构优化分析

不规则建筑结构优化分析

董一丁

荆门市规划勘测设计研究院 湖北省荆门市 448000

摘要：为满足人们对建筑的多样性功能需求，不规则的设计表现形式在当前的高层建筑结构设计中极为常见，以此可达到强化高层建筑综合设计灵动性的效果。相比普通建筑来说，这种不规则的结构设计难度较高，且对抗震性能有着更高的要求，需相关人员着重引入多样性抗震措施，保证结构不规则高层建筑的质量与使用安全。本文对不规则建筑结构优化进行分析，以供参考。

关键词：不规则；建筑结构；优化分析

引言

在建筑结构设计时要仔细排查各项抗震不规则项，尽量将抗震不规则项的总数控制在两项或一项。抗震不规则项达到三项时一般需要按超限建筑进行抗震审查，结构设计需要进行更全面的计算分析，采用更细致的结构加强措施，建设成本也要相应增加。

1建筑结构设计规范与要点

在建筑设计期间，应注重设计方案的科学性、可行性，在保障建筑安全可靠、功能完善的情况下，尽量减少能源消耗，依靠专业精准的设计，使设计方案更加全面、标准，由此取得更大的综合效益。一般情况下，在建筑方案设计中，先应根据建筑物功能需求，对柱网、外观、户型等进行深入探究，提出行之有效的改进意见，使建筑结构高度、复杂度等均处于允许范围。在初步设计期间，还应综合考虑建筑材料、结构体系、关键参数等方面，对比分析多个方案的可行性、经济性，从中选出最佳设计方案；还应坚持标准化配筋原则，利用软件技术精准计算，结合实际情况合理调整设计模型与方案，确保设计全过程均处于可控范围。一般情况下，在建筑结构设计中，技术人员应制定相应的规划设计方案，利用BIM技术开展相应工作。通常主体结构设计不但要确保整体质量良好，还要兼顾建筑的各项功能，且尽可能控制工程造价，提高各类资源利用率，极大地提升建筑总体经济效益。在结构设计优化方面，主要包括两个方面：①明确建筑各类功能要求，科学排列主体结构，细致研究柱体节点以及内部构造；②根据项目总体水平，对建筑材料、结构系统等参数进行规划设计，使设计工作更加科学高效。

2高层建筑的不规则结构设计主要内容分析

2.1主要特点分析

高层建筑平面的不规则设计特点以本高层建筑项目为例，这种平面不规则的设计表现形式在当前的高层建筑结构设计中极为常见。选取楼板设计作为主要说明项目，在不规则设计中，需着重考量楼板的尺寸、平面形状、刚度、凹凸程度等。实践中，要对楼板宽度、缩减度、开洞面积进行调整，确定楼面的错层尺寸。同时，要参考平面不规则中多种类型判断建筑外形的凸面与凹面不平整情况，优化其承载力分布的比例关系。

2.2高层建筑结构偏心距比例关系

参考高层建筑项目的现实情况，调整偏心距与扭转应力之间的线性关系，以此达到逐步减少不规则结构关系的效果，转变扭转效应，尽可能缩小距离。实践中，需根据楼层位移实施缩小，促使楼层平面结构发生转变，保证构架设计的合理性及质量。对比高层建筑结构的刚度差异水平，结合建筑结构的实际情况确定出合理的结构偏心距比例关系，增强高层建筑整体结构的稳定性水平，推动高层建筑结构抗侧力水平的增高。

2.3结构对应的具体抗震等级

对于高层建筑项目来说，抗震烈度为7度，在实际的设计过程中，需将地震基本加速度0.1g进行考量，相应特征所对应的周期值为0.45s。从建筑等级方面来看，本高层建筑属于A级高层建筑，参考相关技术规程，须将一级地下3~4层的抗震等级做增强处理，并对特殊位置的竖向构件加强。在这样的条件下，本高层建筑中各个楼层所对应的抗震等级具体如下：建筑地下3层至地上3层的剪力墙、框架对应的抗震等级为一级；建筑地上4层至屋顶的剪力墙、框架对应的抗震等级为二级；建筑地上3~4层的柱对应的抗震等级为特一级；建筑地上5~6层的柱对应的抗震等级为一级。

3 L形建筑的结构设计

3.1结构选型

主楼标准层平面接近L形，南北方向的总长度约为60m，东西方向的总长度约为41m。选择结构体系时，考虑到L形建筑的平面不规则并容易导致扭转不规则，裙房与主楼存在体形收进不规则。为了将L形主楼分成较为简单的抗震单元，给甲方提供了两种抗震缝设置方案。方案一：沿主楼与裙房之间设抗震缝。方案二：将L形主楼设缝分成两个矩形抗震单元。甲方及建筑专业均对抗震缝不满意。于是考虑结合楼电梯间等合理位置布置剪力墙，形成框剪结构。经济性略差些，但整体效果比较好。

3.2采取的主要抗震措施

（1）主楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，抗震设防烈度为7度，设防类别重点设防类，按7度计算地震内力，按8度采取抗震措施和抗震构造措施。（2）裙房屋顶向上竖向有体型收进，15.000标高处裙房屋顶（含相邻的室内全部楼面）采用现浇板，厚度150mm，双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不应小于0.25%。（3）塔楼与大底盘两个方向的质心偏心距均不大于10%，远小于《建筑抗震设计规范》塔楼偏置的限值20%。体型收进部位上下各2层主楼周边竖向构件（即裙房屋面与主楼交界处）的抗震等级提高一级。（4）裙房的转角位置也设置部分剪力墙，提高裙房的抗扭转性能。

4不规则建筑结构优化分析

4.1概况

工程建筑设计使用年限为50a，建筑结构安全等级二级，结构重要性系数γ0=1.0。抗震设防烈度为8度，0.20g，地震分组为第二组，抗震设防类别为标准设防，场地类别Ⅳ类，特征周期0.75s；基本风压按50a重现期取0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。结构嵌固部位为首层结构楼板。

4.2塔楼偏置

大底盘塔楼偏置结构是一种抗震不利的复杂结构形式。大底盘塔楼偏置时，塔楼质心与裙房质心偏离，结构扭转效应明显，在地震作用下容易造成严重破坏，设计中应尽量避免或设缝将塔楼与裙房分开，使之受力简单合理。经分析，此部位设置抗震缝对建筑平面使用及立面效果均影响较小，故采取设置抗震缝的方案将裙房与主楼断开进行处理。通过设置抗震缝高层主体部分无塔楼偏置问题，不规则项评分为0分。

4.3竖向规则性判定

竖向不规则高层建筑，由于竖向刚度大、体型不均匀、出现突变等，地震下作用响应明显，对结构安全有很大影响。一般从结构是否刚度突变、承载力突变，是否层刚度偏小3方面进行判定。经计算，结构的层间受剪承载力均大于相邻上一层的80%，结构无承载力突变。各楼层与其相邻上层侧向刚度比均＞0.9，满足要求，无层刚度偏小的楼层；但首层底板为嵌固层，首层与二层X和Y方向刚度比分别为1.48、1.49，均不满足＞1.5的要求，属于刚度突变。结构超限不规则项已得2分，若此处再评1分，则结构不规则项满3分，判定为“规则性超限”的高层建筑工程，需进行超限高层建筑抗震性能化设计。结合建筑功能，将首层局部剪力墙厚度增加，提高结构首层的抗侧刚度。经过调整，首层与二层X和Y方向刚度比为1.53、1.54，满足规范要求，结构无竖向刚度突变，不规则项评分为0分。

结束语

1）通过“超限判定表”进行结构布置的各种不规则项分析，是确定结构是否超限、受力是否合理的便捷方法。2）对接近或超过规范限值不多的情况，应进行进一步结构优化，尽可能避免结构设计为超限高层。3）结构主要整体性指标，须结合规范要求逐一核查，使结构的经济性和安全性同时得到保证。

参考文献

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