高層住宅建筑常見結(jié)構(gòu)不規(guī)則類型及分析

張春

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性判別工作，是抗震設(shè)計(jì)文件審查工作中較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。文章通過(guò)對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，整理出常見的結(jié)構(gòu)不規(guī)則類型，總結(jié)出避免不規(guī)則設(shè)計(jì)和減少不規(guī)則設(shè)計(jì)程度的技術(shù)措施和要點(diǎn)，對(duì)今后高層住宅類項(xiàng)目的技術(shù)審查進(jìn)行指導(dǎo)，進(jìn)一步加快審查速度，提高審批效率，推進(jìn)了行政審批標(biāo)準(zhǔn)化的管理工作。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別；抗震設(shè)計(jì)文件審查；高層住宅

中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0189-04

1 研究背景及意義

近年來(lái)，為發(fā)展經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步推進(jìn)建設(shè)項(xiàng)目特別是重大工程建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)工作，本市各級(jí)政府及部門相繼出臺(tái)優(yōu)化前期審批手續(xù)的實(shí)施細(xì)則，要求加快工程建設(shè)項(xiàng)目前期審批工作，提高審批效能，減少審批時(shí)限，這就要求我們將行政審批標(biāo)準(zhǔn)化的管理工作進(jìn)一步推進(jìn)。

工作中發(fā)現(xiàn)，建設(shè)單位為了降低建設(shè)成本、避免設(shè)計(jì)出現(xiàn)抗震超限高層建筑，對(duì)提交的設(shè)計(jì)資料進(jìn)行反復(fù)的修改和補(bǔ)充，這是影響抗震設(shè)計(jì)文件審查時(shí)間的主要因素之一。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是對(duì)相關(guān)文件分析得不到位和對(duì)規(guī)范相關(guān)條文理解得不透徹。

現(xiàn)對(duì)閔行區(qū)近年來(lái)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行研究，就高層住宅類項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別形成研究課題。通過(guò)對(duì)已完成抗震設(shè)計(jì)文件審查的項(xiàng)目進(jìn)行分析，整理出高層住宅建筑常見的結(jié)構(gòu)不規(guī)則類型，總結(jié)出避免不規(guī)則設(shè)計(jì)的技術(shù)措施和要點(diǎn)，將這些技術(shù)措施和要點(diǎn)具體化，避免不規(guī)則設(shè)計(jì)或減少建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)程度。

2 高層住宅類建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的常見類型

根據(jù)近年來(lái)閔行區(qū)抗震設(shè)計(jì)文件審查情況，高層住宅建筑（房屋高度不超過(guò)規(guī)定）常見的結(jié)構(gòu)不規(guī)則類型及所占比例情況如圖1所示。由圖可見，最常見的類型為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和平面凹凸不規(guī)則，下面就以工程實(shí)例來(lái)分類闡述。

2.1 平面凹凸不規(guī)則

工程實(shí)例A、B。

工程實(shí)例A：圖2為一棟14層住宅樓的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖，如圖所示，凹進(jìn)一側(cè)尺寸為4100mm（從抗側(cè)力構(gòu)件截面中心算起），相應(yīng)總尺寸為10300mm， 凹進(jìn)一側(cè)尺寸大于相應(yīng)總尺寸的30%，為相應(yīng)總尺寸的40%。

工程實(shí)例B：圖3為一棟11層住宅樓的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖，如圖所示，凹進(jìn)一側(cè)尺寸為5600mm（從抗側(cè)力構(gòu)件截面中心算起），相應(yīng)總尺寸為11300mm， 凹進(jìn)一側(cè)尺寸大于相應(yīng)總尺寸的30%，為相應(yīng)總尺寸的49.6%。

2.2 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

工程實(shí)例C：

一地上17層、地下1層住宅樓，采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為50.3米，與多棟建筑共建于同一座地下室之上，地下室頂板作為嵌固端。在具有偶然偏心的規(guī)定水平力作用下，樓層兩端抗側(cè)力構(gòu)件彈性水平位移（或?qū)娱g位移）的最大值與平均值的比值大于1.2，驗(yàn)算結(jié)果如下（表1）：

2.3 樓板局部不連續(xù)

工程實(shí)例D：

關(guān)于樓板局部不連續(xù)，高層住宅常見的不規(guī)則類型主要為有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%。

工程實(shí)例如下：

圖4為一高層住宅樓二層結(jié)構(gòu)布置圖，建筑功能要求一層大堂局部挑空，因此形成二層樓面局部大開洞。圖示有效樓板寬度為3750mm，小于該層樓板典型寬度的40%。

2.4 側(cè)向剛度不規(guī)則

工程實(shí)例E、F：

工程實(shí)例E：一棟地上25層、地下1層住宅樓，采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為79.5米，地上除1層層高為3.600米外，其余層層高均為3.15米，與多棟建筑共建于同一座地下室之上，地下室頂板作為嵌固端。一層與上一層等效剪切剛度（或上三層等效剪切剛度平均值）之比最小值在X方向上小于0.7，驗(yàn)算結(jié)果如表2（最小值）：

工程實(shí)例F：側(cè)向剛度不規(guī)則的另一個(gè)類型主要表現(xiàn)在建筑立面尺寸的收進(jìn)以及懸挑上，具體工程立面簡(jiǎn)如圖5、圖6所示：

圖5所示建筑立面在裙房以上處收進(jìn)，收進(jìn)處高度大于主樓高度的20%，并且4層及以上收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%，為3層的30%。圖6所示建筑，為了10層部分房型有較大的露臺(tái)，建筑立面在10層結(jié)構(gòu)平面局部收進(jìn)，且收進(jìn)的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%，為9層的43%。

2.5 樓層承載力突變

工程實(shí)例G：

有一地上9層、地下2層住宅樓，采用部分預(yù)制構(gòu)件鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為26米，層高均為2.8米，與多棟建筑共建于同一座地下室之上，地下二層頂板作為嵌固端。樓層抗剪承載力小于相鄰上一層的80%，驗(yàn)算結(jié)果如表3（本層與上一層的承載力之比最小值）：

2.6 其他

多棟高層住宅建筑均共建于同一座整體地下室之上，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的地下室頂板，因?yàn)榉N植綠化等原因大多數(shù)存在高差，且一般高差均大于0.6米。另外，一些地下車庫(kù)頂板局部開洞和因車庫(kù)坡道而形成的開洞，這些都會(huì)影響地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的有效性。

3 避免不規(guī)則設(shè)計(jì)和減少不規(guī)則設(shè)計(jì)程度的技術(shù)措施和要點(diǎn)

按照抗震概念設(shè)計(jì)原則，在高層住宅建筑的一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、質(zhì)量、剛度和承載力分布均勻，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的平面布置。并且高層住宅建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和收進(jìn)，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化。下面就以工程實(shí)例，具體提一些技術(shù)措施和要點(diǎn)。

（1）工程實(shí)例A（平面凹凸不規(guī)則）：此類不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型應(yīng)在剪力墻外墻或凹口處設(shè)側(cè)向翼墻，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾佑邢薜目箓?cè)力構(gòu)件，減少凹進(jìn)一側(cè)尺寸，否則作為凹口處理，如圖2凹進(jìn)一側(cè)尺寸為4100mm。經(jīng)與建設(shè)單位溝通后，在不影響使用的情況下，我建議該項(xiàng)目在平面凹口的豎向剪力墻端處設(shè)置柱子。如圖7所示，這樣凹進(jìn)一側(cè)尺寸縮短為2300mm，避免了平面凹凸不規(guī)則。此外，我還建議設(shè)計(jì)單位在后續(xù)的施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)凹口處的構(gòu)造措施，如針對(duì)凹口兩側(cè)抗側(cè)力構(gòu)件加強(qiáng)配筋、凹口處連接樓板雙層雙向配筋，加厚板厚加強(qiáng)配筋等。

工程實(shí)例B（平面凹凸不規(guī)則）：在抗震審查工作中遇到類似圖3的凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型，一般建議建設(shè)單位在凹口處增設(shè)拉梁和連接板，在凹口薄弱處形成有效的抗側(cè)力體系，這樣此處就可以不按凹口計(jì)算。凹口連接板的設(shè)置必須滿足兩點(diǎn)要求：其一是連接板的寬度不得小于2米；其二是連接板與主體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置抗震墻，或連接板兩側(cè)結(jié)構(gòu)梁與主體結(jié)構(gòu)柱連接。工程實(shí)例B增設(shè)拉梁和連接板后詳見圖8。

（2）工程實(shí)例C（扭轉(zhuǎn)不規(guī)則）：在抗震審查工作中此類不規(guī)則結(jié)構(gòu)類型較為多見，一般是由于剛度分布和質(zhì)量分布的均勻性差，或者抗扭能力不足，或者兩者兼而有之。為了減少不規(guī)則程度，我通常建議設(shè)計(jì)在建立計(jì)算模型時(shí)采取一些技術(shù)措施來(lái)控制結(jié)構(gòu)的整體扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果有較多樓層的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2時(shí)，建議先檢查調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件剛度和質(zhì)量的均勻性，再加強(qiáng)建筑外圈提高抗扭能力。

（3）工程實(shí)例D：樓板局部不連續(xù)類型中，典型樓板寬度是指主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)所在區(qū)域的樓板寬度，且不考慮懸挑結(jié)構(gòu)的樓板寬度。對(duì)圖4項(xiàng)目建立彈性樓板力學(xué)模型，進(jìn)行樓板應(yīng)力分析。分析結(jié)果顯示，樓板開洞的影響主要使洞口邊應(yīng)力集中，并影響了水平地震力的傳遞，使得洞口周邊的傳力構(gòu)件作為拉彎構(gòu)件來(lái)傳遞荷載。在后續(xù)施工圖階段應(yīng)對(duì)相關(guān)薄弱部位樓板加強(qiáng)設(shè)計(jì)，采用雙層雙向配筋、加厚樓板、配筋適當(dāng)加大，增強(qiáng)洞口周邊梁的設(shè)計(jì)等措施。另外，因底層層高較高，還可以對(duì)樓梯進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加有效樓板寬度。

另外，在實(shí)際工作中還發(fā)現(xiàn)一種樓板局部不連續(xù)情況，即樓梯、電梯井四周沒有采用抗震墻圍合或者是抗震墻和強(qiáng)連梁圍合，一般此類樓板開洞的無(wú)樓板部分應(yīng)按開洞考慮。碰到此類項(xiàng)目，我建議設(shè)計(jì)優(yōu)化樓梯、電梯井道外墻的設(shè)置，樓電梯間四周采用抗震墻圍合（或抗震墻和強(qiáng)連梁圍合），則無(wú)樓板部分不按開洞考慮，一般可以減少結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不規(guī)則程度。

（4）工程實(shí)例E：這類不規(guī)則情況在實(shí)際項(xiàng)目中不多見，對(duì)于首層剛度突變的薄弱層，一般地震剪力會(huì)放大1.15倍，同時(shí)控制首層軸壓比，邊緣構(gòu)件配箍率適當(dāng)提高。另外，建議設(shè)計(jì)還可以考慮適當(dāng)增強(qiáng)首層墻、柱和梁的剛度，或適當(dāng)削弱上部相關(guān)樓層墻、柱和梁的剛度。

工程實(shí)例F：圖5所示建筑立面在裙房以上處收進(jìn)，該建筑裙房部分為物業(yè)居委用房，靠外側(cè)均為辦公室。我建議建設(shè)單位在3層局部收進(jìn)1.2米作為辦公陽(yáng)臺(tái)，這樣在不影響建筑功能的情況下，做到逐層收進(jìn)，避免收進(jìn)的水平向尺寸過(guò)大而導(dǎo)致的豎向不規(guī)則，如圖9所示。

圖6所示建筑頂層局部為躍層戶型，原先設(shè)計(jì)考慮有大露臺(tái)，所以水平向的尺寸收進(jìn)過(guò)大。在與建設(shè)單位溝通后，我建議設(shè)計(jì)在保障露臺(tái)面積的情況下尺寸橫向擴(kuò)大，在10層以上平面呈階梯式逐層收進(jìn)，頂部2層分別收進(jìn)的水平向尺寸均小于相鄰下一層的25%，避免了水平尺寸的突變，如圖10所示。

（5）工程實(shí)例G：因地上二層為社區(qū)用房，我建議設(shè)計(jì)在滿足規(guī)劃要求的情況下，適當(dāng)把地上二層的層高加大，調(diào)整后的結(jié)構(gòu)高度為26.4米，除地上1、2層層高為3米外，其余層層高均為2.8米，受力構(gòu)件截面積不變。這樣不僅在建筑功能的使用上更加合理，并且還減小了地上1層剪力墻的抗剪承載力，最終地下一層抗側(cè)力構(gòu)件的層間受剪承載力大于相鄰上一層的80%，避免了不規(guī)則設(shè)計(jì)，驗(yàn)算結(jié)果如表4（本層與上一層的承載力之比最小值）：

（6）整體地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的要求，首先要能保證水平地震力的可靠傳遞。對(duì)于地下室頂板高差大于0.6米的錯(cuò)層處應(yīng)采取加腋措施，且加腋坡度不宜大于1：2，另外還需加強(qiáng)錯(cuò)層處豎向構(gòu)件的配筋。對(duì)于多棟高層建筑共建與同一座地下室之上的情況，頂板開洞處的尺寸及位置均應(yīng)有所限制，塔樓相關(guān)范圍內(nèi)開洞尺寸超過(guò)1個(gè)柱距，即視為大開洞存在多塔效應(yīng)。此外，提醒設(shè)計(jì)人員在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，地下室頂板設(shè)計(jì)應(yīng)滿足國(guó)家和地方規(guī)范、規(guī)程有關(guān)嵌固端的各項(xiàng)要求。

4 結(jié)論和展望

根據(jù)《上海市建筑工程初步（總體）設(shè)計(jì)文件抗震設(shè)防審查管理辦法》（滬建管[2015]958號(hào)）文，高層建筑應(yīng)依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》、上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)印發(fā)的《上海市超限高層建筑抗震設(shè)防管理實(shí)施細(xì)則》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行結(jié)構(gòu)的超限判別。本文對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)的超限判別就不再作累述，具體詳見上述文件。

以閔行區(qū)近年來(lái)抗震設(shè)計(jì)文件中高層住宅類建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的工程為例，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)特征、不規(guī)則狀況提出有效控制抗震安全的技術(shù)措施，并提出合理優(yōu)化的建議，使整體結(jié)構(gòu)及其薄弱部位的抗震措施得以加強(qiáng)。希望通過(guò)本文，在今后高層住宅類項(xiàng)目抗震設(shè)計(jì)文件審查工作中，對(duì)高層住宅類項(xiàng)目的技術(shù)審查起到一定的參考作用，以小見大、舉一反三，進(jìn)一步加快審查速度，提高審批效率，推進(jìn)行政審批標(biāo)準(zhǔn)化的管理工作。

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