大跨不规则建筑结构设计要点分析

大跨不规则建筑结构设计要点分析

娄学强

广东政和工程有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：目前，我国的建筑行业发展迅速，其结构设计工作也越来越受到重视。建筑物结构是保证施工质量的关键构件，承担着重大的责任。然而，在高层建筑结构设计，由于存在着一些不规则的结构，使得工程的设计变得更加困难。如何高效地解决非规则结构与地震作用下的结构抗震设计难题，提升结构的安全性能，是当前人们所关心的重要课题。本文就大跨不规则建筑结构设计要点进行研究，以供参考。

关键词：型钢混凝土梁；大跨不规则；挤土效应

引言

传统建筑结构设计在建筑设计时往往仅考虑满足用户的功能要求和国家的设计规范标准要求,势必导致设计中存在材料选型过于保守,用量不够精确,导致无形增加结构自重,造成建造成本增大,资源浪费等一系列问题。随着人们对建筑功能的要求越来越高,这一问题变得更加突出。因此,设计人员应从建筑、结构、施工、节能环保等多个方面综合考虑,进行建筑结构优化,在保证质量的基础上,提供资源配置更合理,功能价值、审美价值和经济价值平衡、统一的更科学的建筑结构设计方案。

1建筑结构基础设计

为了确保建筑结构设计工作方案的合理性，有必要综合考虑基础设计环节。这一综合考虑包括基础承载力问题、基础不均匀沉降问题以及其他相关方面，进而通过利用设计优化后工作方案提高单桩承载力，维持基础设计的合理性和稳定性。目前，建筑常见的基础形式包括嵌岩基础、人工挖孔大直径灌注桩基础、大直径钻孔灌注桩基础等，要结合实际作业需求和工程项目安全控制标准，保证基础设计环节的合理性。一方面，抗震设防烈度设计。结合建筑结构的特性，抗震设防烈度设计要对使用范围予以关注，针对复杂高层和超高层建筑结构设计要求，设计人员要结合不同强度开展有针对性抗震设防处理，也正是因为建筑物高度不同，结构设计环节就要充分结合工程项目的实际情况。比如，超高建筑高度在300m以上，结构设计中抗震设防烈度一般设置在6°，减少隐患问题的同时提高建筑结构抗震技术水平，并充分贯彻“以人为本”的设计思想，从而保障人民群众的生命财产安全。另一方面，结构舒适度设计。要充分秉持以人为本的结构设计原则，复杂高层和建筑要更加多元化，不仅仅要关注相关结构设计的安全水平，也要满足人群对舒适度的要求，提高设计处理环节的可控性水平。（1）混凝土建筑结构的阻尼比设置为0.05更加合理，能有效调控设计模式的同时，满足安全、舒适度等基础要求。（2）钢结构和混合建筑结构，设计阻尼比一般是结合实际工程项目控制在0.01～0.02之间。并且，要借助TMD技术或者是TLD技术升级技术环节，调控舒适度应用控制的同时，优化建筑物的整体质量水平。

2大跨不规则建筑结构设计要点

2.1连廊支座选型与布置

连廊支座是连廊与塔楼连接的关键部位，也是连体结构设计中的关键技术问题。为确保实现预期的弱连接设计理念，经综合对比分析，本工程连廊的固定铰支座和滑动铰支座均采用成品抗震球型钢支座。连廊一和连廊二的支座布置如图7所示，支座均设置在连廊钢桁架下弦杆处。支座设计中固定铰支座在两个方向均提供约束，双向滑动铰支座在两个方向均可实现自由滑动；单向滑动铰支座沿连廊纵向可自由滑动，在连廊横向方向上，支座设置抗剪栓钉，控制支座水平承载力大于风荷载和多遇地震作用下产生的水平力，为连廊提供横向约束，满足正常使用状态要求。在大震作用下，抗剪栓钉失效，支座沿连廊横向可自由滑动，即单向滑动铰支座在大震下变为双向滑动铰支座，从而减弱大震下连廊与塔楼间的相互作用，实现预期弱连接设计理念。

2.2短柱处理

在建筑结构设计中，对于大跨度框架，需要对框架梁和柱的相互影响做进一步的研究。在实际的框架结构设计中，必须对短柱的构造进行有效处理，并对短柱配筋进行加密，以达到提高框架结构整体稳定的目的。研究表明，短柱的抗震性能不佳，若采用短柱，将严重威胁到建筑物的安全。对于带连续窗口的过梁，在设计时易发生外侧框架短柱的问题，楼梯间平台梁也会引起短柱问题。因此，在进行框架结构设计时，应对短柱化问题给予足够的重视，并以此为基础，采用科学、有效的方法来消除短柱所造成的不良影响。在工程实践中，必须严格按照国家有关规范和规程，确保短柱的抗震性能满足要求。

2.3建筑不规则结构关键点建立隔震装置

(1)关键节点的定位。关键点应选取在结构刚性大或应力大的部位。减震措施可设置在梁柱节点、地下室顶板等部位。另外，要考虑建筑物的不规则形状，如L型、T型等；为了对结构的扭力反应进行有效的控制，可以在结构的拐角上布置一些关键节点。(2)隔振器的刚度、阻尼和冲程等参数的设计。要根据结构的动态特性，如自振频率、阻尼比、振型等，以及地震的输入特性，如地震强度、频率内容等，来进行设计。为了减少结构在地震作用下的反应，隔震装置应具有小的刚性。隔震设备应具有更大的减震效果，以减少地震的能量。隔震设备的移动距离应足以承受地震产生的位移量。(3)对其结构进行分析与验证。其主要内容有静态分析、动态分析、稳定分析等。通过静力分析，可以对其受风、自重等静载荷作用下的工作特性进行检验。对该结构进行动态分析，能够对其在地震作用下的表现进行检验。通过稳定分析，可以对不同工作状态下的结构稳定性进行验证。所以，设计人员需要使用有限元分析或其他的结构分析方法，来获得诸如位移、应力、稳定系数等特定的数据，之后再对这些数据进行评价与对比，来验证该隔震装置的设计是否合理。

2.4风荷载优化

为了抵抗强风，该建筑采用了多种创新设计和技术措施。首先，建筑的外形设计采用了流线型，以减少风阻。通过计算流体动力学（CFD）模拟，设计团队优化了建筑的几何形状，使得在强风条件下，风力对建筑的影响减少了约20%。此外，建筑的每个角落和曲面都经过精心设计，以进一步分散风压。其次，建筑中安装了先进的阻尼系统，如调谐质量阻尼器（TMD）。这种系统能有效吸收和减少由风荷载引起的振动。在强风条件下，TMD能够减少建筑顶部的摆动幅度高达40%。此外，建筑的结构材料和构件也被特别设计来承受风荷载。例如，使用了更高强度的钢材和混凝土，以提供更大的抵抗力。结构框架的连接部位和节点也被加固，以确保在极端风力作用下的稳固性。

2.5边柱节点设计

随着城市化进程的加快，我国出现了越来越多的高层建筑，其高度也越来越高。边柱节点设计是一项较为繁琐的工作，特别是对于高层建筑来说，更要充分考虑顶层的风荷载的影响。在很多高层建筑中，由于存在着梁柱偏心的现象，导致了最顶层边柱节点处的偏心只有柱子高度的1/2。在这样的大背景下，应对框架结构进行合理优化。在高层建筑的顶层，梁柱的数目应符合规定要求，而且其宽度应大于横梁的宽度。在这种背景下，在施工过程中，必须将主要钢筋嵌入边柱四角，并按施工要求对其进行适当的优化与调节，确保其符合工程的要求。

结语

综上所述，进行建筑工程不规则结构设计时，必须按照地震作用下的概念设计，确定建筑物外形的规律性。对不规则的建筑物，按照规范进行加固处理。对于特殊形状的建筑物，需要进行专项调查、论证，并采取适当的加固措施，严重不规则的建筑不应采用。期望藉由以上之探讨，能对高层建筑工程结构设计有一定之借鉴与启迪，并有助于设计人员对不规则结构认识与处理。

参考文献

[1]刘哲.某大高宽比超高层住宅结构抗震设计要点分析[J].结构工程师,2023(03):121-123.

[2]梁雨禾,张世杰,郑宏军,等.超高层建筑空中大跨悬挑钢结构安装技术研究与探讨[J].中国建筑金属结构,2021,20(02):106-107.

[3]黄铭圣,叶琳.现浇混凝土与钢楼梯在全钢结构超高层建筑中的应用研究[J].中国建筑金属结构,2022,21(01):100-101.