多层特别不规则建筑设计分析及专项论证

主审论文
（中级）
题目：多层特别不规则建筑的抗震设计分析及专项论证
单位：上海思筑建筑规划设计有限公司姓名：李海乐
2015 年7 月12 日
目录
摘要 (1)
绪论 (2)
关键词 (3)
一、规则性判断： (5)
1、平面规则性判断 (5)
2、竖向规则性判断 (7)
3、其他规则性判断 (8)
4、规则性判断结论................................................................... .. (8)
二、计算分析 (8)
三、构造加强措施 (9)
四、专项论证 (10)
结论 (12)
参考文献 (13)
附录 (14)
[摘要]：
多层建筑中出现的越来越多的平、立面不规则建筑，在达到抗震规范规定的特别不规则建筑时，按规范要求需要进行专项论证。

针对此类建筑，阐述了特别不规则的判定方法，并依据概念设计对结构薄弱区域进行构造加强配合合理的计算分析，组织专家对项目不规则进行专项论证，从而完成特别不规则建筑的的设计。

[关键词]：
多层特别不规则设计分析专项论证
[绪论]：
现代建筑为了体现建筑师的造型概念设计理念，建筑的功能和形式的要求也日趋复杂。

为了满足建筑使用功能和外观的设计要求，建筑师越来越多倾向于设计平面、立面都比较复杂的建筑。

而对于我们结构设计师，就要求我们在满足现行规范、标准的要求下，既能实现建筑师的构想，又能做到安全经济合理。

《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点（建质[2010]109号）中明确提出了对高层建筑超限的认定和审查要求，但对于大量的多层建筑如果照此执行则过于苛刻，因此在《建筑抗震设计规范》2010版中对多层建筑提出了不规则建筑、特别不规则建筑、严重不规则建筑的概念。

严重不规则的建筑规范禁止采用，特别不规则建筑明确要求应进行专项论证，但此类项目进行专项论证的实例寥寥无几，笔者通过主持设计的一项特别不规则建筑的结构设计，重点阐述多层建筑特别不规则建筑的判定、计算分析、设计加强措施、专家论证等。

[论文主体]：
受上海新闻出版职业技术学校委托，我院对该校综合楼进行施工图设计，该建筑底层长66.7米，宽48.6米，总建筑面积12465㎡，典型柱距为8.1米，二层报告厅跨度达24米。

建筑共6层，底层层高分别为4.5米，二~五层层高3.9米，六层层高3.5米，建筑从三层开始局部收进30米，室外地面到主屋面建筑总高度为23.9米,底层平面及建筑立面见图1，图2。

该建筑方案已被业主及主管部门认可，建筑师为确保建筑立面完整，不允许结构师设抗震缝，该建筑整体做为一个结构单元进行设计。

该建筑位于上海市青浦区，地震烈度7度，加速度0.1g,设计地震分组第一组，场地类别IV类，特征周期0.9s。

该建筑为学校类建筑，抗震设防类别为重点设防类（乙类），按要求主体结构按8度采取抗震措施。

图1:综合楼一层平面图
图2:综合楼剖面图
一、规则性判断：
参考《抗震设计规范》中相关要求对该建筑从平面规则性、竖向规则性两个
方面对该建筑方案进
行规则性判断。

1、平面规则
性判断：
①平面凹凸尺
过大：该建筑五层平
面，建筑局部收进，
平面呈L形分布，建
筑总长度66.70米，
端部凸出长度达31.8
米，相当于总长度
47.6%，大于30%，小
于50%，见图3，属于
平面不规则一项。

图3 五层结构平面图
②楼板局
部不连续：该建
筑报告厅层高
为7.8米，因此
三层结构平面
在此处造成局
部大开洞，连同
中庭及电梯井
处洞口，Y向有
效楼板宽度
26.762米，典
型楼板宽度
68.2米，比率
为39%，小于
50%，见图4，
属于平面不规
则一项。

图4 三层结构平面图
③扭转不规则：
X+偶然偏心地震作用下，最大水平位移比位于第2层，位移比为1.41，最大层间位移比位于第1层，位移比为1.40，均大于1.20。

Y+偶然偏心地震作用下，最大水平位移比位于第3层，位移比为1.21，最大层间位移比位于第3层，位移比为1.45，均大于1.20。

综上判定属于平面不规则一项。

2、竖向规则性判断：
该建筑从
第四层开始局
部收进，X向局
部收进33.575
米，收进比达
65%，见图3，
大于25%；从第
五层开始X向
局部收进31.8
米，收进比达
47.7%，见图5，
也大于25%，属
于竖向不规则
一项。

图5六层结构平面图
3、其他不规则判断：
建筑物有通高柱做为立面线条（见图4），存在穿层柱，属于不规则一项。

4、结论：
参照《全国超限高层审查建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》中相关要求，本工程共存在以上第1-①、1-②、1-③、2、3条共五条不规则项，属于《抗震设计规范》中3.4.1条文说明中规定的特别不规则项，按3.4.1条：“应进行专门研究和论证，并采取特别的加强措施”。

本工程设计时，从计算和构造两个角度对结构进行加强措施。

二、计算分析：
由于本工程超限项目较多，在进行结构计算时，对计算表结果的把握采取比规范更严来把握，本工程按以下标准做为结构设计预期目标：
1、严格控制层间位移角。

规范对框架结构层间位移比限值问为1/550，本工
程设计时按1/700标准来控制层间位移角。

2、严格控制水平最大位移比和层间位移比。

规范对框架结构层间（水平）
位移比为不宜大于1.2，不应大于1.5，本工程平面不规则超限较多，按
1.2控制位移比困难，设计时按1.45标准来控制层间位移比。

3、严格控制结构竖向刚度变化。

严格控制楼层侧向抗剪承载力之比不小于
0.85。

4、严格控制结构周期比。

为提高结构抗扭刚度，将结构周期比按照《高层
建筑混凝土结构技术规程》中A级高度高层建筑要求按0.9控制。

5、严格控制穿层柱设计。

手工复核穿层柱计算长度，并按中震不屈设计。

按照以上预定目标，进行反复计算，最后调到比较理想的方案，结构最终计算结果见表一，计算结果均在预定目标范围之内：
表一：结构主要计算结果：
质量参与
系数X向最小
剪重比
Y向最小
剪重比
X向最大
位移角
Y向最大
位移角
周期
扭转系
数
周期比
最大位
移比
X向：99.02%
Y向：98.77% 4.90% 6.45% 1/896 1/833
T1:1.0483
T2:0.9140
T3:0.8097
T1:0.18
T2:0.01
T3:0.74
0.7724
X向：
1.40
Y向：
1.45
三、构造加强措施：
本工程在严格控制计算指标的同时，也根据对不规则项目的分析，从以下各个方面对构件进行构造方面加强：
1、平面凹凸尺过大加强：
计算时凹口一侧周边各一跨，凸出部位根部一跨应定义为弹性膜单元计算位移比(范围见图3凸出区域)。

相应区域按中震不屈对该部分板跨做应力分析，控制多遇地震下混凝土主拉应力小于混凝土抗拉强度标准值，板配筋按不小于三倍主拉应力的要求设置。

2、楼板局部不连续加强：
(1) 计算时洞口周边一跨、细长板带处应定义为弹性膜单元(见图3、图4、图5洞口周边阴影区)。

相应区域按中震不屈对该部分板跨做应力分析，控制混凝土主拉应力小于混凝土抗拉强度标准值，板配筋按不小于三倍主拉应力的要求设置。

(2) 构造上对该区域板厚加厚至130mm，配筋10@150双层双向；洞口周边梁纵筋、腰筋配筋适当加大，上部架立钢筋采用纵筋贯通等构造措施。

3、扭转不规则加强：
对扭转大一侧的竖向构件内力予以放大，柱轴压比限制适当严于规范值（小于规范值0.05），配箍率、纵筋配筋率等相应加强。

4、竖向局部收进加强：
（1）体型收进部位上、下各一层周边竖向构件抗震等级提高一级，配筋适当加大。

（2）一侧收进导致结构偏心，导致底部构件因扭转效应的影响而内力增大，加强收进部位以下两层的周边构件的配筋及其他构造措施。

（3）考虑收进部位上、下楼层的相互作用，对收进部位外延三跨框架柱箍筋予以加强，提高延性。

（4）收进部位的楼板（见图6）厚度加厚至150，加强配筋至12@150，双层双向拉通，整层楼板进行应力分析，根据分析结果对薄弱部位予以加强。

图6 五层顶板构造加强图
5、穿层柱加强：
穿层柱按中震不屈设计，箍筋全高加密。

四、专项论证：
在本工程实施以前，本公司尚未有多层超限论证方面的经验，经过与市抗震办的多次沟通，并结合高层超限审查的经验，进一步明确了专项论证的流程如下供参考：
①由设计单位根据初步设计成果，进一步撰写多层超限论证专题报告，内
容主要包含：不规则判断、不规则加强措施等方面内容。

②组织本市来自不同单位的具有高级职称的3名结构工程专家成立专家组，
对报告进行专题论证。

③由专家组协商出具专家组意见。

④根据专家组意见，设计单位修改回复，并交由专家组确认。

⑤汇总专题报告和专家意见，审图时提交图纸审查中心做为审查依据之一。

以下列出专家组提出的部分意见，供后续工程做为参考。

根据以上意见，并与专家组成员多次沟通，本次工程专项论证报告得到专家组高度认可，结合专家组的意见，本工程现已顺利通过图纸审查，且已进入施工阶段。

[结论及建议]：
对于多层结构的特别不规则论证，我们尚缺少一套系统的论证体系，对于不规则的加强措施规范也少有说明，但是参考高层结构相关规范及相关论文中的相关要求，并结合超限高层审查要求和流程，进行合理的概念设计和计算分析、构造加强，同样可以顺利保证项目的顺利进行。

[参考文献]：
[1] 中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S] .
北京: 中国建筑工业出版社,2010
[2] 中华人民共和国建设部.全国超限高层审查建筑工程抗震设防审查专家
委员会抗震设防专项审查办法. 2010
[3] 中华人民共和国建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.
2010
[4] 徐培福，傅学怡，王翠坤，肖从真等 .复杂高层建筑结构设计[M] . 北
京: 中国建筑工业出版社,2005
[5] 上海市城乡建设和管理委员会 .上海市超限高层建筑抗震设防管理实
施细则. 2014
[附录部分]
无。