簡析不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計在高層建筑的應(yīng)用

李光茂

摘要：由于人們的物質(zhì)生活得到了極大的滿足，所以人們對精神文明的追求也越來越高，在現(xiàn)代化的建筑設(shè)計中，對個性的追求越來越多，具有創(chuàng)意的高層建筑逐漸受到了人們的認(rèn)可與喜歡，所以越來越多的年輕設(shè)計師，在設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)時，加入很多創(chuàng)意的思維，但是不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)雖然標(biāo)新立異，但是也給施工帶來了一定難度，對施工人員的技術(shù)水平提出了更高的要求。介紹了高層建筑中不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑的現(xiàn)狀、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的類型、以及不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采取的措施。目前很多高層建筑在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出不規(guī)則的特性，對現(xiàn)代建筑設(shè)計技術(shù)提出了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，進(jìn)而提高了結(jié)構(gòu)工程師對一些建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)布置 不規(guī)則性 結(jié)構(gòu)設(shè)計

高層建筑發(fā)展一直伴隨著社會生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，成為現(xiàn)代城市的標(biāo)志。信息社會的到來，帶來了大量新技術(shù)和新思想，帶動了人與人、人與社會之間關(guān)聯(lián)性的加強(qiáng)，同時也推動高層建筑的進(jìn)一步發(fā)展。高層建筑作為城市發(fā)展的重要元素，越來越受到人們的重視，而高層建筑開放趨勢的發(fā)展成為社會、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。 本文主要以高層建筑的發(fā)展歷程為起點(diǎn)，引用系統(tǒng)開放性原理，分析高層建筑產(chǎn)生的背景和高層建筑的生存現(xiàn)狀（即高層建筑與它所在的城市環(huán)境的互動關(guān)系），從而建立高層建筑開放體系的框架，分析其間影響高層建筑開放性的相關(guān)因素，挖掘高層建筑開放性的內(nèi)涵與特征。首先，分析了高層建筑開放性的影響因素，從社會需求的改變、建筑技術(shù)的推動、設(shè)計理念的變遷和城市環(huán)境的改變四個方面，分析促進(jìn)高層建筑開放性發(fā)展的內(nèi)因和外因。其次，進(jìn)一步分析了高層建筑開放的“度”，從而更好的理解高層建筑開放性的含義。高層建筑在規(guī)劃中與城市的互溶互動、對環(huán)境的相互影響、高層建筑主體的開放，如內(nèi)部空間的靈活劃分、共享空間的引入、底部空間的開放和屋頂花園的設(shè)置等，這些設(shè)計不僅使高層建筑形象更加豐富，同時也是高層建筑開放性的表現(xiàn)形式。最后以高層建筑開放體系的構(gòu)建為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合高層建筑自身的特點(diǎn)，通過高層建筑內(nèi)在結(jié)構(gòu)、空間特征和對聲光熱等物理環(huán)境的改善等方面來分析現(xiàn)代高層建筑的構(gòu)建方式，使建筑可以達(dá)到節(jié)能減排、廢水再利用以及自然通風(fēng)、采光和隔絕噪音等目的，最終達(dá)到高層建筑與城市空間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。 對高層建筑的開放性研究，旨在引起對高層建筑新變化的關(guān)注，以及對當(dāng)代高層建筑設(shè)計提供一定的參考和借鑒。

1. 甚本概念不清的問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先應(yīng)正確選擇設(shè)計簡圖，再根據(jù)作用在結(jié)構(gòu)上 的荷載選擇合適的計算方法進(jìn)行力學(xué)分析，然后進(jìn)行截面設(shè)計，在設(shè) 計中必須認(rèn)真對待每一步驟，才能保證工程設(shè)計的質(zhì)量。但有時會出 現(xiàn)圖省亊隨意簡化設(shè)計的情況，計算假定與實(shí)際結(jié)構(gòu)不符，對于力學(xué) 分析復(fù)雜的構(gòu)件，時常忽略一些必要的計算數(shù)據(jù)，如自振周期、層間位 移比、穩(wěn)定、變形、裂縫、撓度等，而造成工程質(zhì)量隱患。如一 T字型的 16層樓，一層轉(zhuǎn)換。該樓為T型，屬于凹凸不規(guī)則;轉(zhuǎn)換則屬于豎向抗 側(cè)力構(gòu)件不連續(xù);考慮地震力偶然偏心時層間位移比大于1.2，屬于扭 轉(zhuǎn)不規(guī)則，共有三項(xiàng)抗震規(guī)范3.4.2條規(guī)定的平面及豎向不規(guī)則類型， 所以是嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)注意調(diào)整外圍剪力墻，使層間位移 比小于1.2，，轉(zhuǎn)換層的剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%及其 上相鄰三層側(cè)向剛度的80%，全面的嚴(yán)格的控制結(jié)果，使其符合抗* 設(shè)計要求，不能只是看到梁柱沒有超筋就認(rèn)為設(shè)計通過了。

2. 盲目筒化設(shè)計的問題

（1） 基礎(chǔ)設(shè)計都不是只憑地基承載力一值來確定的，還要綜合考 慮土層沿水平及垂直方向上的變化、土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)、有無地質(zhì)異 常、原有坑道、地下水位深度等因素，而且上部結(jié)構(gòu)也要結(jié)合地質(zhì)情況 確定選型和做必要的技術(shù)處理。有的工程因甲方或施工單位圖省事、 省工期及其它原因使得地質(zhì)勘査深度不夠或不按要求做必要的地基 處理，給建筑造成較大的工程隱患或因無根據(jù)的保守造成浪費(fèi)。（2） 設(shè)計中涉及到的一些設(shè)計參數(shù)、折減系數(shù)或放大系數(shù)，沒有嚴(yán) 格按照規(guī)范和設(shè)計假定取值，使計算結(jié)果與實(shí)際情況有較大的出人。（3） 由于地基變形的控制是地基安全的基本控制之一，地基變形 的差異（不均勻沉降）對結(jié)構(gòu)設(shè)計尤為重要，它常是導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂 縫的重要原因，因此不能忽視地基變形的驗(yàn)算，同時還應(yīng)根據(jù)建筑所 受荷載、結(jié)構(gòu)形式、局部地質(zhì)變化等因索做不均勻沉降的綜合判斷或 計算，采取相應(yīng)的技術(shù)處理。

3. 軟件應(yīng)用不當(dāng)?shù)膯栴}

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的不斷完善與廣泛應(yīng)用， 工程設(shè)計人員擺脫了繁雜的計算和繪圖等手工勞動，減輕了工作量， 提高了效率。然而對初學(xué)者來說，對軟件的模型原理、技術(shù)條件理解不 夠深入，對參數(shù)取值不當(dāng)，對計算結(jié)果缺乏辨析能力，會使設(shè)計出現(xiàn)一 定的錯誤。在運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件時，除了正確輸入幾何及荷載數(shù)據(jù)之 外，對荷載傳遞結(jié)果一定要進(jìn)行分析和判別。另外，手箅基本結(jié)構(gòu)和構(gòu) 件，有助于對基本概念的理解，手算能力的提髙及計算經(jīng)驗(yàn)的積累，對 于軟件結(jié)果的正誤判別和驗(yàn)算是很有好處的。

4. 設(shè)計考慮不周引起的問題

我們在做一個工程項(xiàng)目之前，首先要熟悉當(dāng)前設(shè)計所涉及到的設(shè) 計規(guī)范、構(gòu)件抗震構(gòu)造要求，翻閱相關(guān)的技術(shù)設(shè)計手冊和標(biāo)準(zhǔn)圖集，敲 匯貫通，不能斷章取義，盲目地拷貝以前的設(shè)計，另外要結(jié)合規(guī)范要求 對計算結(jié)果進(jìn)行整體全面的分析。例如鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剛架要采用較 薄的鋼板做成較大的截面，才能增大梁、柱的穩(wěn)定系數(shù)，充分發(fā)揮鋼材 的強(qiáng)度。要使截面的鋼板薄，就一定要按考慮工字形截面腹板屈曲后 的強(qiáng)度利用。不管是〈門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》還是（鋼結(jié)構(gòu)設(shè) 計規(guī)范 >，工字形梁、柱都允許腹板局部失穩(wěn)。如果我們沒有考慮這一 點(diǎn)，柱子的腹板取值就相應(yīng)的厚一些，廠房的用鋼董就比較髙。在用 STS計算時，圖形結(jié)果中的應(yīng)力比是按全截面有效計算的，必須檢査 文本結(jié)果PK11.0UT才可以査到梁、柱腹板屈曲后的有效截面強(qiáng)度以 及腹板的髙厚比是否超限。重級工作制吊車梁需要驗(yàn)箅疲勞破壞，所 用鋼材要求根據(jù)工作溫度保證相應(yīng)的沖擊韌性，而中級工作制吊車梁 只有吊車噸位不小于501時才要求保證相應(yīng)工作溫度下的沖擊韌性， 所以設(shè)計之前有必要對不同形式不同荷載級別下的結(jié)構(gòu)有一個明確 的整體的分析和區(qū)分。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對設(shè)計軟件自動成 圖的選筋結(jié)果，如果不進(jìn)行合理的調(diào)整歸并，以及與相關(guān)構(gòu)件的配筋 數(shù)量及位置相協(xié)調(diào)，很可能造成施工不便，有的就無法施工。

總結(jié)

現(xiàn)階段，隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步推進(jìn)，高層建筑尤其是不規(guī)則高層建筑大量出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)不規(guī)則性質(zhì)，極大程度上影響了現(xiàn)代高層建筑設(shè)計，使得建筑結(jié)構(gòu)時需要具備更高的分析要求和更復(fù)雜的分析精度，文本主要分析了發(fā)展現(xiàn)狀，基本結(jié)構(gòu)，以及實(shí)際應(yīng)用不規(guī)則性的情況，為進(jìn)一步研究和分析高層建筑提供依據(jù)和參考。本文列舉了一些結(jié)構(gòu)設(shè)計中可能存在的問題，希望能給大一些參考和啟示，引起結(jié)構(gòu)設(shè)計者尤其是初學(xué)者的重視，避免質(zhì)量事故的發(fā) 生，設(shè)計出安全、經(jīng)濟(jì)、適用的建筑來。論述了當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不規(guī)則性的特點(diǎn)和形勢，介紹了其劃分及包 含的結(jié)構(gòu)類型，并且分析其在建筑設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用情況，為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)，旨在使結(jié)構(gòu)工程師能夠設(shè)計出高水準(zhǔn)的高層建筑。

參考文獻(xiàn)

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