不规则高层建筑结构的抗震方案设计

 摘要：建筑结构的立面、平面的规则与否，与建筑的抗震性能有着密切的联系，因此在进行不规则建筑的结构的抗震方案的设计时，需要结合建筑的扭转规则性、结构的平面、立面的特点加以分析，然后对位移限值等加以论证，最后对得到的方案加以对比，选出适合不规则建筑结构抗震的最优设计方案。

关键词：高层建筑；不规则；方案优选

当前高层建筑的建设规模不断加大，对于高层建筑的平面、立面进行设计，需要遵循原则。平面的形状要连续、均匀，建筑的外形构件要布置合理。经过验证，房屋的体型不规则、平面立面凹凸不平等，容易在地震发生的时候造成非常大的危害。因此，对于建筑设计中关于不规则的建筑体系的抗震设计，必须要结合不规则建筑的内力调整、结构计算等采取措施，对于薄弱环节更要进行抗震构造的设计，以强化整体高层建筑的抗震性能。

1、工程概况

某高层建筑地上25层，地下3层，总体高度104.2米。15层以下东西长度94米，16层以上为83米。南北向宽度为30米，总建筑面积5.3万平方米。地下三层分别为餐饮、商业、车库区。建筑师从环境和功能的要素的角度，将北侧设计为电梯、机房、管井的集中区域，南侧为敞开式的商住和办公区域，采用玻璃幕墙作为立面的材料。整体立面为起航的船体，屋顶从东向主屋面逐渐升起，高点高度为22.5米，上有桅杆，桅杆高度为15米。

2、方案设计详情

2.1建筑物的结构特点把握，从15层开始向上，西北侧有收进，竖向的变化较大，南侧没有设计剪力墙予以支撑，南北向的偏心较大。顶层自西向东有变化，东面较高和重。平面上的特点是，建筑物的两个端部有刚度较小的单跨框架，东南的尖角为单柱，在地震作用下，端面的平面质量将起到很大的作用，由于不规则，因此，需要在扭转效应上，设计出较大的抗侧刚度。2.2经过对结构特性的分析之后，采用试算的方法，发现建筑物的特点是西低东高、西轻东重。东端和西端出现的单跨框架以及部分的面积，侧刚较小，产生东段振幅较大的情况，为了使得结构能够形成以平动为主的基本振型，因此在东面设置了剪力墙。2.3针对南北向的偏心问题，为了满足建筑连续多跨的框架刚度较大的特点要求按照剪力墙承担的总弯矩进行了剪力墙量的设置，减少了纵向地震作用下可能产生的扭矩，这样，建筑物的靠近端部的剪力墙转动中心的力臂将增大，能够在地震扭转中南北偏心产生的时候起到重要的作用。

3、结构抗震分析

3.1工程采用了相关的应用软件进行了结构抗震的分析，得到的计算数据如下。STRAT软件计算位移限值对于位移限值的分析，经过解散结果，可以知道，在考虑了偶然偏心影响的地震作用，楼层的最大位移与层高的比例是满足建筑设计要求。RATIO为层平均位移和最大位移之间的比值，RTIO-D（n）为层平均层间和最大层间的位移比值，MAX-D/h为最大层间位移角，Umax为顶层最大位移（mm)。经过数据论证，计算模型分别按照0、90度和45度方向计算结构在水平力作用下的变形和内力的组合特征，考虑双向水平地震作用下的扭转影响，得到了剪力墙连梁的折减系数、周期折减系数、阻尼比等数值。经过软件的计算结果，还发现个别连梁的弯矩和剪力出现截面超筋的情况，再进行连梁设计以及配筋的时候，通过设置钢暗柱的方式，给予了加强措施。在本工程中，两个单元的建筑均为混凝土核芯筒体的垂直交通通道，如电梯、楼梯，构成的核心抗侧力的构件主要分布在两侧，这种设计提高了抗侧的高度。对于周边的翼板出现的出挑略多的问题，采用了弹性板加以解决，充分考虑变形对于边角柱以及竖向构件的影响，提高了一个等级的抗震功能，加强的区域内的配筋，采用全高加密箍筋的方法，保证地震发生的时候构件不屈服，结构延性加强。3.2本建筑工程有着平面立面不规则的先天状况，因此，要对计算过程中的近似性、局限性、地震的不确定性进行充分的考虑，将施工因素等问题加入设计的内容。不能完全依靠计算结构，而是要对结构的整体构造，薄弱环节加以分析，从结构安全的角度进行设计。例如工程在地震作用下，最不利的趋于在两个端部，这部分为单跨柱框架，因此应进行承载能力和延性的加强，防止出现破坏。工程的框架承担地震的总弯矩经过测量接近50%，因此要在南侧纵向框架的强度和延性设计上采用提高抗震等级的方法进行构造的设计。工程的西侧剪力墙的数量较少，因此，在该区域的抗扭的设计上应予以加强。还有中心部位的楼电梯间，混凝土的剪力墙布置上，框架较小的框架带来了单体抗扭转刚度不足的问题，可以通过增加结构的侧力抗扭刚度的方法进行增大，依靠外围抗侧力墙刚度增加的方法，将抗扭转刚度增大。

结语

对于不规则高层建筑结构选型以及抗震设计，要将立面、平面不规则，结构布置受限的特点考虑在内，找到造成结构扭转的因素，然后有针对性地开展结构布置的工作。保证结构在地震作用下，刚度、位移、周期等指标能够满足地震扭转效应下的控制要求。

参考文献：

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