李晶晶 （安徽建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

0 前言

隨著建筑行業(yè)施工技術(shù)發(fā)展，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑物越來越受到重視，可有效提升建筑物的美觀性，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升安全性能至關(guān)重要。實(shí)踐表面，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)遇到地震災(zāi)害時(shí)，不僅出現(xiàn)水平方向或豎向振動，而且存在扭轉(zhuǎn)振動問題，對其抗震等級進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可提升建筑整體質(zhì)量。

1 平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)相關(guān)概念界定

1.1 質(zhì)量偏心

質(zhì)量偏心主要指樓層每一部分在構(gòu)件截面的尺寸上存在差異，使得各處質(zhì)量不均勻。這種質(zhì)量偏心問題也存在于質(zhì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，造成這一問題出現(xiàn)的主要原因是建筑施工材料性能和質(zhì)量上存在差異，并且相關(guān)材料在具體使用環(huán)節(jié)受到未知因素影響較大。實(shí)踐研究中，若將建筑物中平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)自重看成隨機(jī)變量，則通過概率分布的知識可得到以下結(jié)論：即權(quán)衡質(zhì)量分布不均勻造成的建筑平面偶然偏心朝向應(yīng)與地震作用力方向相互垂直。

1.2 強(qiáng)度偏心

不規(guī)則平面強(qiáng)度問題在實(shí)際工作中，容易被忽略。在抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮構(gòu)件在不同條件下的屈服強(qiáng)度。正是由于實(shí)際屈服期間，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度經(jīng)常發(fā)生變化，使得相關(guān)數(shù)值確認(rèn)存在一定難度，因此，在建筑物抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)對質(zhì)量偏心和強(qiáng)度偏心等要素進(jìn)行控制。具體設(shè)計(jì)中，建筑物配筋方案選擇、構(gòu)造環(huán)節(jié)要求和材料使用標(biāo)準(zhǔn)等問題均會影響實(shí)際屈服強(qiáng)度。

1.3 剛度偏心

對剛度定義應(yīng)區(qū)分名義剛度與實(shí)際剛度。名義剛度偏心主要是在理想模型的設(shè)計(jì)中，對構(gòu)件截面尺寸、彈性模型進(jìn)行計(jì)算得到的數(shù)值。而實(shí)際剛度偏心則主要是對建筑施工后，不規(guī)則結(jié)構(gòu)的荷載分布與位移比值。實(shí)際上，對剛度的計(jì)算受到建筑材料性能、施工穩(wěn)定性和工藝技術(shù)等方面因素影響，對其進(jìn)行明確計(jì)算較為困難，因此引入剛度偏心概念，對平面結(jié)構(gòu)剛度出現(xiàn)的變化進(jìn)行分析。

2 某平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法

2.1 項(xiàng)目簡述

該平面不規(guī)則高層建筑為民用住宅樓，以剪力墻結(jié)構(gòu)為主要構(gòu)造，建筑整體面積達(dá)到2萬m，建筑物分為地上與地下結(jié)構(gòu)，其中地上26層，地下兩層。地下設(shè)計(jì)為儲藏室與車庫，地上一層為物業(yè)辦公室和儲存空間，地上2層以上部分作為民用住宅。項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)滿足2級安全等級，屬于50年使用年限，并且抗震設(shè)防烈度等級為7度，基本地震加速度為0.10g，建筑工程抗震設(shè)防種類滿足丙類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 設(shè)計(jì)方案

在不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，相鄰結(jié)構(gòu)碰撞造成的地震災(zāi)害相對常見，應(yīng)設(shè)計(jì)防震縫，倘若縫隙寬度較小，會造成結(jié)構(gòu)遭受破壞。目前，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合地基基礎(chǔ)，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，使得不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，滿足結(jié)構(gòu)抗震要求。值得注意的是，在外觀復(fù)雜、平面不規(guī)則的建筑中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對防震縫進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得相關(guān)指標(biāo)達(dá)到防震標(biāo)準(zhǔn)。

針對項(xiàng)目施工而言，應(yīng)結(jié)合平面不規(guī)則建筑的復(fù)雜水平，對方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在本質(zhì)上提升建筑物的抗震等級?？拐鹪O(shè)計(jì)方案主要包括以下兩種：其一，是設(shè)置縫隙，不規(guī)則平面結(jié)構(gòu)劃分為規(guī)則平面；其二，不設(shè)置縫隙，以平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的種類和特征為出發(fā)點(diǎn)，制定合理技術(shù)方案。在抗震方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)權(quán)衡幾方面內(nèi)容：考慮施工現(xiàn)場實(shí)際情況影響，通過不設(shè)縫方案應(yīng)用，使得抗震方案應(yīng)用與建筑物本身相協(xié)調(diào)，增加建筑物防震標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合抗震災(zāi)害等級等相關(guān)要求，當(dāng)建筑物高度達(dá)到100m，超過建筑標(biāo)準(zhǔn)，防震縫隙設(shè)計(jì)值應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)推薦值，使得建筑物本身性能獲得提升。

抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)對平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行評估。在本項(xiàng)目評估中，對建筑物得到規(guī)則性進(jìn)行研究，應(yīng)考慮建筑本身受到的地震作用力。具體設(shè)計(jì)過程中，也權(quán)衡了偶然偏心，對建筑物外觀特征進(jìn)行明確，發(fā)現(xiàn)其位移比值在1.18，小于1.20這一限值，在整體上，將該建筑項(xiàng)目界定為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。同時(shí)，考慮到結(jié)構(gòu)平面凹陷50%，超過規(guī)則平面典型寬度35%。并且該建筑結(jié)構(gòu)中，其樓板的有效寬度達(dá)到平面典型寬度的45%，與平面典型寬度存在較大差異，因此，樓板局部呈現(xiàn)出不連續(xù)特征。方案設(shè)計(jì)中，也充分考慮了豎向規(guī)則方面內(nèi)容，對建筑物豎向結(jié)構(gòu)間斷、承載力和剛度等數(shù)值進(jìn)行嚴(yán)格要求，并且結(jié)合行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)，對不規(guī)則建筑防震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，使得建筑本身更加安全可靠。

2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求，對建筑結(jié)構(gòu)中的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，參考不同結(jié)構(gòu)面的特征，設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算步驟。為提升計(jì)算精準(zhǔn)度，選擇應(yīng)用了最新技術(shù)軟件PMSAP，對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計(jì)算；而針對項(xiàng)目弱連接部位，例如，樓板局部應(yīng)力，使用了ETABS軟件，對相關(guān)計(jì)算模型進(jìn)行明確。

在實(shí)際計(jì)算過程中，應(yīng)充分考慮地下樓頂版和以上嵌固端，并且關(guān)注偶然偏心和雙向地震作用對整個(gè)計(jì)算過程的影響，對建筑物的整體抗震等級進(jìn)行核算。針對本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)連接剛度存在一定折減系數(shù)。周期折減系數(shù)分別為28、0.7、和0.9。建筑物一般指標(biāo)明確如下：梁、板混凝土等級為C30；墻、柱混凝土強(qiáng)度等級為C45～C30，整體結(jié)構(gòu)抗震等級為3級。

對本項(xiàng)目中，平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果明確如下：由于地震作用力影響，相關(guān)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)水平方向、豎直方向以及扭轉(zhuǎn)變形，對其不同環(huán)節(jié)的周期值進(jìn)行計(jì)算。其中水平方向周期值為2.48s，豎直方向?yàn)?.56s，扭轉(zhuǎn)作用發(fā)生周期為2.20s，對該建筑物的結(jié)構(gòu)周期比進(jìn)行計(jì)算，其數(shù)值為0.88，不超過限定值0.90，因此，本項(xiàng)目不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑具有較強(qiáng)的抗震性能。

研究過程中，也對建筑物的抗扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行明確，水平方向和豎直方向的剛度值分別為5.88和4.65，相關(guān)數(shù)值符合建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，可忽略由此發(fā)生的重力二階效應(yīng)。考慮到地震作用力影響，應(yīng)對水平方向位移最大值進(jìn)行明確，根據(jù)實(shí)際測量結(jié)果，其位移最大值為1/1200。以建筑樓層14層為測量點(diǎn)，對豎向最大位移值進(jìn)行分析，結(jié)果為1/1150，并且對水平方向和豎直方向的彎曲變化進(jìn)行分析，相關(guān)結(jié)果在理論上符合剪力墻結(jié)構(gòu)受力特征，在結(jié)構(gòu)上具有一定的抗震強(qiáng)度。

針對平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)而言，受到地震作用力影響，建筑物本身會在凹角位置發(fā)生集中變形，使得樓板出現(xiàn)損壞，影響結(jié)構(gòu)整體安全性。對其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)與研究具有重要意義，可預(yù)防其局部破壞或坍塌，是目前建筑安全設(shè)計(jì)的重要組成部分。本項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)過程中，增加了兩側(cè)單元結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度，對相關(guān)質(zhì)量偏心問題進(jìn)行研究，使得不規(guī)則結(jié)構(gòu)建筑在整體上趨向穩(wěn)定性。同時(shí)，考慮到地震造成的扭轉(zhuǎn)作用力較大，在具體設(shè)計(jì)中，增加了抗扭轉(zhuǎn)防護(hù)措施，使得局部連接構(gòu)件的抗震性能提升?？傊?，在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了先進(jìn)理念和方法，出于建筑物本身安全性考慮，對建筑材料使用標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)件剛度要求和質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格要求，同時(shí)，強(qiáng)化平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)。

3 結(jié)論

綜上所述，在平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，對抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行明確，同時(shí)完善設(shè)計(jì)方案，做好建筑物結(jié)構(gòu)計(jì)算，使得抗震設(shè)計(jì)更加規(guī)范合理。研究表明，在平面不規(guī)則建筑中，扭轉(zhuǎn)作用力使得建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯減弱，應(yīng)考慮建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和質(zhì)量偏心問題，保證結(jié)構(gòu)主體安全性與穩(wěn)定性，達(dá)到理想的抗震性能。