建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性問題探討

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響工程項目的質(zhì)量，建筑結(jié)構(gòu)中又不可避免的出現(xiàn)不規(guī)則性問題，這類問題是質(zhì)量控制的難點和要點，影響建筑物的安全性和穩(wěn)定性，對不規(guī)則問題研究成為建筑行業(yè)的熱點，本文著重探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的不規(guī)則問題，闡述類型分分類，進而提出一些規(guī)避措施，希望能夠為日后研究或者施工過程提供一定的借鑒和指導作用。

關(guān)鍵詞： 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；不規(guī)則性；分類；應(yīng)對措施

1 引言

城市進步帶動建筑行業(yè)飛速發(fā)展，同時人類對建筑物的要求也越來越高，不僅要求建筑物滿足使用要求，還要求建筑物具有一定的美感，因此，傳統(tǒng)的建筑形式已經(jīng)不能滿足當代人們對造型的要求，各種新穎的、不規(guī)則的建筑形狀浮現(xiàn)在人們的生活工作學習中。這些另類建筑形狀的出現(xiàn)，增添了城市建筑的風采，滿足了人們對建筑物美的要求標準。但是，不規(guī)則形狀的建筑物設(shè)計給設(shè)計師帶來了不少困難，該類建筑物的受力計算、材料用量等比較復(fù)雜，為保證建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的持續(xù)發(fā)展，展開結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的研究刻不容緩。

2 建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的特點

2.1 平面的不規(guī)則性特點

建筑平面上的不規(guī)則性主要是指：（1）凹凸不平。建筑表面并不是平整的，在某些位置、拐角等地方，為了滿足美觀或者設(shè)計要求，凹陷部位尺寸超過該部分投影的百分之三十。（2）因偏移引起的扭轉(zhuǎn)量。樓層間不是絲毫不差的，多數(shù)情況下，層間都會有一定的位移偏差。（3）樓板鋪設(shè)的不規(guī)則。因施工不規(guī)范引起的樓面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏差，或者樓板間不連續(xù)鋪設(shè)，使得建筑物的整體剛度發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則的起伏。

2.2 豎向的不規(guī)則性特點

建筑結(jié)構(gòu)豎向上的不規(guī)則性主要是指：（1）側(cè)面剛度的不規(guī)則。樓層面的不規(guī)則剛度計算值不能超過上層樓面剛度值的百分之七十，且不能超過周圍環(huán)境中剛度的百分之八十，建筑物的頂層設(shè)計比較特殊，拋開頂層設(shè)計，其他樓層的收進尺寸不得小于下層樓的百分之二十五。（2）豎向尺寸變化。高層部位的樓層收進位置距離室外地坪標高比樓房整體高度要大，且該層的收進尺寸比下層也要大。（3）樓層受力變化。樓層不斷延伸，樓層受到外力的作用，會改變荷載大小，判定整個樓的受力情況，需要根據(jù)實際情況具體確定。

2.3 建筑物自身結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則性特點

建筑物自身結(jié)構(gòu)設(shè)計的不規(guī)則性是因為，在設(shè)計時，為了滿足用戶的要求，設(shè)計出結(jié)構(gòu)不規(guī)則的建筑形狀，亦或者因為建筑材料的原因，設(shè)計出不規(guī)則的使用部位。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則的設(shè)計原則特點

有些建筑物并不是一開始就是不規(guī)則的，而是在使用過程中，不可避免的受到外界的荷載攻擊，導致受力薄弱的地方出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生位移偏差，或者因為建筑物本身的抗荷載能力不夠，日積月累，從而出現(xiàn)不規(guī)則的凹凸變化。在設(shè)計過程中，尤其要注意以下幾方面：（1）盡量保證建筑物的偏心距在設(shè)計范圍內(nèi)，防止因偏心距出現(xiàn)較大偏差的情況，導致建筑物的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則變化，使建筑物出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)遭到破壞。（2）建筑材料的選擇方面，應(yīng)該能夠盡量確保建筑物的剛度，防止出現(xiàn)不可避免的外界力附加，導致建筑物發(fā)生位移變化，建筑結(jié)構(gòu)受到破壞，引起整個建筑物出現(xiàn)一系列不規(guī)則問題。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則問題

3.1 偏心距問題

結(jié)構(gòu)的偏心距和發(fā)生的扭轉(zhuǎn)程度有很大的聯(lián)系，兩者間的關(guān)系可以用線性函數(shù)來表示，結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)就極有可能出現(xiàn)不規(guī)則的形變，設(shè)計師可以從控制扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的發(fā)生來入手，研究結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性問題?？刂婆まD(zhuǎn)的根源就是要研究建筑結(jié)構(gòu)的偏心距問題，因此，把握好偏心距是非常有必要的。設(shè)計師在進行結(jié)構(gòu)的規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)對建筑物的平面結(jié)構(gòu)和整體布局有一個詳細的分析計算，研究出后期可能出現(xiàn)的位移比例關(guān)系，在實際施工中，管理要依據(jù)實際情況以及設(shè)計階段的計算結(jié)果，對施工做出合理的調(diào)整，保證結(jié)構(gòu)的抗剪能力盡可能的大，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)偏心距盡可能的小，確保建筑結(jié)構(gòu)具有良好的扭轉(zhuǎn)能力。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)和抗扭剛度間的問題

從實際工程項目經(jīng)驗可以總結(jié)出，建筑的扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)周期之間存在相互變化的關(guān)系。設(shè)計師需要注意到這一方面的關(guān)系變化情況，盡可能的實現(xiàn)降低周期比的效果，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗扭能力，在實際工作中，合理設(shè)置墻結(jié)構(gòu)的長寬高占比，最大限度的確保結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力。

3.3 建筑結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件設(shè)置問題

建筑物在長期的使用期間，會遇見一些不可抗力問題，如地震、海嘯等。倘若建筑結(jié)構(gòu)處在非彈性階段，那么突然遭到外部巨大的沖擊力，會使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重的破壞，因此，在設(shè)計時要注意加強結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的抗剪能力，防止突發(fā)應(yīng)力產(chǎn)生的破壞。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性問題應(yīng)對措施

4.1 控制好建筑物的偏心距

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，建筑物出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和其偏心距之間有著必然的聯(lián)系關(guān)系，這種關(guān)系可以用線性函數(shù)來解釋，設(shè)計師在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮建筑物的偏心距對結(jié)構(gòu)的影響，盡量避免因偏心距過大，出現(xiàn)不規(guī)則性的結(jié)構(gòu)變化問題。為規(guī)避不規(guī)則變化，保證建筑物的整體規(guī)則性，需要根據(jù)線性函數(shù)進行合理的調(diào)節(jié)，使得偏心距盡可能的小，滿足整體性要求，使結(jié)構(gòu)受力均勻分布?？刂平ㄖ锲木嗟姆绞接校海?）詳細計算。在設(shè)計時，對建筑物的受力情況盡可能的進行較為精準的細致計算，盡量使計算結(jié)果貼近使用過程情況。通過詳細的計算，得出合理的建筑結(jié)構(gòu)受力和空間分布情況，通過圖紙標注，將受力的核心位置突顯出現(xiàn)，以便實際運作過程中，及時控制好偏心距。（2）數(shù)據(jù)分析。通過數(shù)據(jù)分析將剛度值不斷地調(diào)整，不斷微調(diào)偏心距，也便于對距離較遠的抗側(cè)立有很好的控制?？傊ㄟ^不斷的計算和調(diào)整，控制好偏心距，保證建筑結(jié)構(gòu)的剛度和規(guī)則性滿足要求。

4.2 加強建筑物的抗震能力

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計可以細化為基礎(chǔ)設(shè)計和主體設(shè)計，主體設(shè)計在整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中占據(jù)主導地位，主體設(shè)計合理與否，在很大程度上決定了建筑物的成敗。建筑主體設(shè)計尤其不能忽視建筑邊緣構(gòu)件的設(shè)計，建筑邊緣構(gòu)件構(gòu)成了建筑整體結(jié)構(gòu)的完整性，是建筑物主體設(shè)計中重要的組成部分，建筑結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的受力能力與建筑物的抗剪能力有關(guān)。建筑物處在非彈性階段遭受外界沖力較大時，比如，發(fā)生突發(fā)性的地震災(zāi)害，特別容易出現(xiàn)偏心距過大的現(xiàn)象，致使建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不規(guī)則性變化。鑒于此，提高建筑物抗震能力，需要做好建筑結(jié)構(gòu)主體設(shè)計中的邊緣構(gòu)件設(shè)計，通過提高抗剪能力，保證建筑物能夠抵御外界的突發(fā)應(yīng)力，使得建筑物具有一定的彈性，確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性、規(guī)則性。

4.3 設(shè)置防震縫

為滿足使用需求和視覺美觀，建筑物的平面通常不具備統(tǒng)一的平整度，但要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的規(guī)則性，適當設(shè)置防震縫可以彌補這些不足，防震縫的設(shè)置可以將建筑結(jié)構(gòu)分為完整的規(guī)則性的空間單。防震縫還可以預(yù)防地震等巨大的外界攻擊力對建筑物產(chǎn)生的破壞影響，當建筑物兩側(cè)結(jié)構(gòu)偏差較大時，遇到地震會產(chǎn)生撕裂破壞，防震縫的設(shè)置可以減輕地震對建筑物的整體破壞。此外，隨時間延伸或者周圍施工的影響，建筑物不可避免的會出現(xiàn)沉降變形，這時，設(shè)置的防震縫還可以替代沉降縫發(fā)揮其功能。

4.4 加強結(jié)構(gòu)的抗扭能力

建筑結(jié)構(gòu)的抗扭能力在實際應(yīng)用中具有重大作用，發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形是結(jié)構(gòu)破壞最為嚴重的形式之一。產(chǎn)生不規(guī)則變形的因素很多種，設(shè)計師在進行工作時，需要把握好這些因素的影響，提高結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力甚是重要。有研究表明，抗扭承載力會隨著附加扭矩的增加而增大，抗扭力和偏心距間又有密切的關(guān)系，因此，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)的抗扭能力，也可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)則性的約束。

4.5 加強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度性能

為解決建筑結(jié)構(gòu)中不規(guī)則性問題的不利影響，可以通過加強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度性能來實現(xiàn)，大量的實驗數(shù)據(jù)表明，兩者之間有著必然的聯(lián)系關(guān)系。具體分析，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象和自身的震動周期，可以通過一個平方值函數(shù)公式來描述，設(shè)計師在設(shè)計受力方案時，可以利用好這一規(guī)律，合理計算出結(jié)構(gòu)的受力情況，通過函數(shù)比例關(guān)系降低結(jié)構(gòu)的自身診斷時間，利用現(xiàn)代科技手段進行精準的數(shù)學計算，合理設(shè)置并修改建筑墻體的長度、高度，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的剛度距離墻體的中心盡可能的遠，同時，采用加固墻體邊緣結(jié)構(gòu)的方法，對結(jié)構(gòu)的震動周期進行合理規(guī)劃，這樣既可以強化結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度性能，還可以提升建筑物的整體剛度。

5 結(jié)束語

城鎮(zhèn)化速度加快，人類生活質(zhì)量提高，進而對周圍居住環(huán)境的要求逐步提升，傳統(tǒng)規(guī)則性的建筑不再滿足居民的生活要求，各式各樣的建筑結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)在人們的視線里，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)滿足了人類要求，提升了視覺美感，還為人們生活和工作帶來了極大的滿足感。然而，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)給設(shè)計師的工作也來了不少的難題，加大了設(shè)計師的工作難度，對工作者的技術(shù)水平要求也相對較高，為滿足專業(yè)要求，設(shè)計出符合實際的建筑結(jié)構(gòu)，這就要求設(shè)計師需要不斷的鉆研學習，借鑒先進的思想，總結(jié)工作中的實戰(zhàn)經(jīng)驗，對不規(guī)則結(jié)構(gòu)形式進行全面充分的分析和總結(jié)，努力提高設(shè)計質(zhì)量，加強行業(yè)間的相互交流，共同促進我國建筑行業(yè)的完善和向前推進。

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作者簡介：

羅坤生（1984.10--）；性別：男，籍貫：四川省安岳縣人，學歷：本科，畢業(yè)于西南大學；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：結(jié)構(gòu)工程。