建筑结构设计的不规则性问题研究

摘要：建筑结构的规则性将会对整个工程项目产生直接影响。在建筑结构的设计过程中，比较常见的问题就是结构的不规则性，不规则性问题将会对工程质量产生严重的影响。因此，本文主要对在建筑结构设计过程中出现的不规则性因素进行探讨，希望能够给相关设计人员提供一些思考和借鉴。

关键词：建筑结构设计;不规则性;偏心距

近年来，传统的建筑形式将不再能够满足人们的审美需求，不规则的建筑形状大量出现在人们的视野之中。建筑形状的另类化，将会在很大程度上使城市更具有风采，但是不规则建筑在结构设计上也是有难度的，要有效地确保建筑多样化的发展，需要相关人员进行切实地探索。

1 不规则性定义

1.1 平面不规则性

平面不规则性主要指建筑平面的凹凸尺寸较大、弹性层间位移比值较大和楼板局部不连续。其中，弹性层间位移比指的是楼层两端抗侧力构件弹性水平位移的最大值与平均值的比值，楼板局部不连续指的是有效楼板宽度较小或楼层大面积开洞等^[1]。

1.2 竖向不规则性

竖向不规则性是指建筑的竖向上结构所具有的不规则性，包括侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续以及楼层承载力突变。侧向刚度不规则性主要指该层的侧向刚度产生突变或局部收进尺寸较大。竖向抗侧力构件不连续指柱、墙的内力通过水平转换构件向下传递。楼层承载力突变是指通过计算分析整个建筑的受力情况抗侧力结构的层间受剪承载力与上下楼层比较明显减小。

2 不规则性问题分析

2.1 偏心距的问题

偏心距是指建筑平面质心与形心之间的距离。在建筑结构设计中，偏心距大小与建筑平面形状的规则程度有着直接联系。建筑平面形状的不规则会在很大程度上导致建筑平面质心与形心远离，进而导致结构扭转的出现。因此，设计师在解决结构平面不规则性问题时，可以通过对扭转的控制来进行。要想使结构扭转得到良好的控制，本质上要解决建筑结构偏心距过大的问题。这就需要设计师要对于偏心距问题的高度重视。在方案设计阶段，要充分比较分析整个建筑结构的平面布局，通过计算使得偏心距尽可能的减小，进而将位移比等控制在规范允许的范围以内，从而很大程度上降低整个建筑结构自身发生扭转的不利作用。

2.2 抗扭刚度的问题

通过工程经验总结，限制结构的抗扭刚度不能太弱，关键是限值结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值。当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大。基于这一情况，在进行建筑结构设计时要着重对周期比进行把控，使周期比不易过大，同时适当增加建筑平面外圈的结构刚度，使整个建筑结构的抗扭转能力能够得到最大程度上的保障。

3 不规则性问题解决方案

3.1 偏心距的控制

研究发现，建筑物的扭转程度和偏心距大小之间的是有必然联系的。两者之间的关系可以通过线性函数进行表示。在进行建筑结构的设计过程中，设计师要使建筑平面质心与形心尽量重合，减小偏心距所产生的影响。例如在实际工程中，通过计算机辅助进行精细的建筑物受力情况分析，使计算结果尽可能的接近实际工况，并确定结构平面质心和形心，通过控制楼板平面形状、合理分配建筑荷载、调整竖向结构构件的布置形式等，对于偏心距进行不断地微调，找到最佳结构布置方案，将偏心距控制在合理范围内，能够有效避免扭转不规则的出现，使结构受力更加均匀，满足整体设计的需求。

3.2 强化抗侧与抗扭刚度

3.2.1 强化抗扭能力

在建筑结构的整体设计中，结构的抗扭能力具有重要的地位。基于建筑结构震害调查研究发现，结构的扭转变形往往是导致结构发生严重破坏的原因。很多因素都可能会造成结构的扭转变形的出现。因此，结构工程师在结构设计中，要对于可能造成结构扭转变形的因素进行综合把控，其中最重要的就是提高结构抗扭转能力。建筑平面和立面简单、对称， 减少平面和立面中过大的凹和凸， 平面中少开大洞， 避免哑铃型平面，结构布置均匀对称，同时使水平抗侧力构件和结构刚心的距离尽量远些。这些都是提高建筑结构抗扭承载力的有效措施^[2]。

3.2.2 提升抗侧刚度

在进行建筑结构设计时，提高建筑物的抗侧刚度和整体性是有助于解决建筑物结构设计不规则性问题的^[3]。针对具体工程选择合适的结构体系，竖向结构构件宜沿建筑物全高通长布置，平面中宜合理布置水平抗侧力构件，并遵循均匀、对称、分散的原则，布置合适刚度的楼屋盖体系，选择合理的结构材料，有利于提高建筑结构的抗侧刚度和整体性。

3.3 抗震能力分析

建筑结构抗震设计可分为整体设计和构件设计两部分内容。由于现行的建筑抗震设计，采取的是一种近似的方法，因而在抗震结构的设计中应该将协调工作的原则放到首位。整体设计更注重协同工作的重要性，使各个构件达到极好的协调工作的状态，因而整体设计在工程设计过程中起到主导作用。同时构件设计如果不合理， 也会直接影响到建筑结构的整体抗震性能。根据实际工程的计算分析，发现如果采用性能化设计的方法，可以分别按“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力”的抗震设计思路来进行结构构件的设计。通过合理的构件设计和整体抗震分析可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”性能设计目标，提高建筑结构的抗震能力。

4 结语

随着新颖建筑的不断出现，结构的不规则性愈发凸显，这就需要结构工程师切实提高自身的设计水平，对不规则的结构形式进行深入研究，促进我国建筑设计行业的不断完善。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房与城乡建设部.GB50011-2010（2016年版）建筑抗震設计规范[S].北京：中国建筑工业出版社2016

[2]吕晓祥.建筑结构设计中不规则性问题探究[J].建材与装饰，2017（51）：81-82.

[3]黄远强.建筑结构设计不规则性问题的分析[J].绿色环保建材，2017（08）：39.

作者简介：晋哲锋（1978-），男，安徽肥东人，合肥工业大学结构工程专业，研究生，工学硕士，高级工程师。专业方向：钢筋混凝土结构抗震。