[发明专利]一种消除建筑体型收进不规则项的结构体系及其设计方法

说明书

本发明涉及一种消除建筑体型收进不规则项的结构体系，包括重力结构与抗侧结构；所述重力结构采取滑动构造，所述滑动构造包括下部混凝土支撑柱、滑动构造层和上部混凝土连接短柱，下部混凝土支撑柱和上部混凝土连接短柱通过滑动构造层连接。其设计方法包括：1）结合建筑功能布置和体型收进控制需求，将选定区域的柱顶采取滑动构造，建立重力结构与抗侧结构混合的结构体系，消除体型收进所产生的尺寸突变不规则项；2）多方案比选，以确定最优新结构体系方案；3）在确定新结构体系之后，对柱顶滑动构造进行设计。本发明所得到的结构体系能够消除建筑体型收进不规则项，使结构抗侧刚度沿竖向变化更加均匀，确保结构具有更可靠的抗震性能。

技术领域

本发明属于建筑结构领域，具体涉及一种消除建筑体型收进不规则项的结构体系。

背景技术

民用建筑形体常常采用体型收进的手法来表达更好的外观效果，其立面空间更加丰富，建筑品质得以提升。然而，当体型收进尺度较大时，将导致结构出现竖向不规则——尺寸突变，甚至导致相邻楼层的结构侧向刚度沿竖向发生剧烈变化，于结构抗震不利。历次震害表明，收进部位往往在强震中首先破坏，形成薄弱部位或薄弱层，产生塑性变形集中，导致整体结构抗震性能水平下降，甚至出现因局部严重破坏而发生连续倒塌等灾难性事件。

我国《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称“《抗规》、《高规》”）均对结构平面、竖向不规则性进行了描述。规范要求：建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取抗震性能化设计，高层建筑则需组织结构抗震专项审查；严重不规则的建筑不应采用。结构抗侧力体系是结构布置规则性的根本，抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力的突变。建筑形体的平面不规则类型有：扭转不规则、凹凸不规则、细腰组合平面、楼板局部不连续等；建筑形体的竖向不规则类型有：侧向刚度不规则、尺寸突变、竖向抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等。

对于竖向尺寸突变不规则项，分3种情形：1）竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进大于25%；2）外挑大于10%和4m；3）大底盘多塔结构。《高规》第10章 复杂高层建筑结构设计对该类结构的计算和构造做出相关规定，需根据具体情况采取相应加强措施。对收进部位楼板应进行加厚和配筋加强；对收进楼层及相邻楼层的周边竖向构件应进行配筋加强和抗震等级提高。应控制上部收进结构的底部楼层层间位移角不宜大于相邻下部区段最大层间位移角的1.15倍。《高规》10.6.5条条文说明指出：大量地震震害以及相关的试验研究和分析表明，结构体型收进较多或收进位置较高时，因上部结构刚度突然降低，其收进部位形成薄弱部位，因此在收进的相邻部位采取更高的抗震措施，如图1所示的上部结构周边构件和下部结构周边构件均应加强。

目前建筑结构设计在结构不规则项的处理主要有2个思路：1）结构与建筑商量，调整建筑平立面布置，使结构布置规则对称，消除不规则项；2）实现建筑师的设计意图，结构计算和设计采取适当加强措施，满足规范设计要求，确保结构抗震安全可靠。显然，建筑与结构在不规则性问题上的主张是相互矛盾的，往往需要沟通协调或采取折衷方案。如果结构被判定为特别不规则结构（如具有三项或三项以上不规则项），即结构超限，则需在初步设计阶段增加结构抗震专项审查流程，方可进行后续施工图设计、施工等工作。该流程所需具备的相关审批手续和审查耗时往往是业主（建设方）不愿意接受的，将严重滞后项目的设计和施工进程。为此，很多好的建筑设计方案被迫调整、降级，未能达到预期的建筑效果。体型收进是一项建筑结构较为常见的竖向不规则项——尺寸突变，主要表现为裙房顶收进、立面退台收进和核心筒内收等，较大程度的体型收进将导致结构的高阶振型反应明显，易于形成薄弱部位，于整体结构抗震不利。本专利提出的消除结构不规则项——体型收进的结构体系及其设计方法，既可满足建筑效果，维持原建筑设计方案，又可满足结构不规则性控制要求，有利于避免结构超限，从而免除结构抗震专项审查流程，为业主节约时间和工程造价。该新结构体系是一种经济、合理的结构设计新方法。

发明内容