浅谈建筑平面布置的规则性与混凝土结构抗震

2012年第4期

第38卷总第168期

2012年8月浅谈建筑平面布置的规则性与混凝土结构抗震

刘蓉飞

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021）

摘要：建筑结构的平面布置对结构抗震性能有很大的影响。建筑平面的规则与否是抗震设计的一个重要控制指标。国内外大量的震害表明，结构的平面不对称、不规则容易诱发造成结构扭转脆性破坏，更为严重的情况则是会出现整体结构的破坏倒塌。

关键词：建筑；平面布置；规划性；结构抗震

中图分类号：TU209文献标识码：B

文章编号：1672－4011（2012）04－0039－02

1建筑结构平面不规则定性判别标准

（1）扭转不规则判断。在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移或层间位移，大于楼层两端弹性水平位移或层间位移平均值的1.2倍。

（2）凸凹不规则判定。平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。

（3）楼板局部不连续的判定。楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%，或有较大的楼层错层。

2设计中对平面不规则进行定量的参数控制

（1）对于凸凹不规则和楼板局部不连续的控制，可以在方案阶段对建筑平面的削弱部位进行调整和修改，使其满足《抗震规范》的要求。

（2）扭转不规则，是结构平面不规则中最重要的控制指标，它主要包括结构扭转特性的两个指标：①扭转变形指标；②扭转刚度指标。

1）扭转变形指标———位移比（ξ）。

位移比（ξ）=层间最大位移（或竖向构件最大水平位移）/层间平均位移（或楼层平均水平位移）

层间最大位移（或竖向构件最大水平位移）/层间最小位移（或竖向构件最小水平位移）=位移比/（2－位移比）U

MAX

—按刚性楼盖计算，竖向构件最大位移或层间最大位移

U

MIN

—按刚性楼盖计算，竖向构件最小位移或层间最小位移

当ξ≥1.2时，U MAX/U MIN≥1.5；当ξ≥1.5时，U MAX/

U

MIN

≥3.0；当ξ≥1.9时，U MAX/U MIN≥19。由此可见ξ≥1.9时，整个结构的变形值成发散状态的急剧增大，因此位移比（ξ）不宜大于1.2左右是十分有必要的。当采用SAT-WE计算时，应把全楼设为刚性楼板假定（扭转变形是对结构整体工作状态的判定应采用刚性楼板假定），在参数设定时还要点取考虑偶然偏心，经计算后再在SATWE结构位移文本文件中查看在规定水平力作用下的位移比，查看该值是否满足规范要求。（《高规》（JGJ3－2010）中3.4.5条文说明：给定水平作用力的换算原则：每一楼面处的水平作用力取该楼面上、下两个楼层的地震剪力差的绝对值）。需要注意的是：若位移比（ξ）大于1.2，且小于1.4时（说明此时结构的质量和刚度明显不对称），应考虑双向地震作用。

2）扭转刚度指标———周期比（T

t

/T1）。

在任何情况下，当扭转振型成为整个结构的第一振型时，说明该结构的扭转刚度很小，扭转成为主要振型，这种情况对结构抗震和抗风都是十分不利的，这是不能容许的。当采用SATWE计算时，应把全楼设为刚性楼板假定并点取考虑偶然偏心，经计算后再在SATWE周期、振型、地震力文本文件中，查看以平动为主（一般认为平动因子为0.5以上时的振型为平动振型）的振型周期和以扭转为主的振型周期，查看二者的周期比是否满足《高规》中3.4.5条

“结构扭转为主的第一自振周期T

t

与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑不应大于0.85”的规定。一般情况下，扭转为主的振型在第三周期时比较容易满足规范要求。若一旦出现周期比不满足要求的情况，一般只能通过调整平面布置来改善这一状况，这种改变一般是整体性的，局部的小调整往往收效甚微。注意：在使用SATWE进行多塔结构周期比计算时：对于多塔楼结构，不能直接按上面的方法验算。这时应该将多塔结构分成多个单塔，按多个结构分别计算、分别验算（注意不是在同一结构中定义多塔，而是按塔分成多个结构分别进行计算）。

3减少平面不规则的措施

3.1对于平面凸凹不规则和楼板不连续的改进

大量的实际震害表明，在地震作用下平面凸凹不规则和楼板不连续，会导致结构受力复杂，传力路径不明确，容易产生局部薄弱位置先行破坏，所以应该在建筑结构的方案阶段同建筑专业人员和业主积极协调，通过调整结构的平面布置来尽量满足平面规则性的要求。

（1）在尽可能的情况下，通过补设楼板或梁以实现楼板的完整性。比较常用的做法是在平面的局部突出部分增设拉梁和楼板；在平面局部凹进位置增设楼板。上述位置设置的梁板在配筋时，均应双层双向配置。

（2）根据建筑的实际情况，将一个复杂的平面划分成若干个规则的平面单元，从而减少平面的复杂程度。

3.2对于扭转不规则结构的改进

在地震作用下，扭转不规则结构容易诱发和放大地震作用未知的扭转分量，容易使结构遭受到扭转脆性破坏。

（1）在建筑方案阶段，宜通过协调使建筑平面形状规则，对称。

（2）对长条形以及平面为L形的建筑物，可以通过设置抗震缝的办法将其分割为几个简单的单元结构，从而减少结构的扭转变形量。

（3）在满足建筑功能的条件下，加强建筑物平面端部及周圈位置的竖向构件。例如：在建筑物平面端头部位增

（下转第42页）

·

93

·

2012年8月

2012年第4期第38卷总第168期

度的必要条件。在浇筑完成后12h内立即采取合理养护措施，控制混凝土表面裂缝；且浇水养护不得少于7d，有特殊要求的须参照有关规范。气温过低时，须采用保温措施。对不同水泥品种、外加剂、掺料、龄期的混凝土，合理地选用潮湿养护、水养护和养护剂养护方法，以取得良好的养护效果。

（4）掺入高效减水剂。在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低，但是，施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂时，可改善混凝土中的孔隙结构。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。

3.2减少冻融破坏

混凝土的抗冻性与其内部孔结构、水饱和程度、受冻龄期、混凝土的强度等许多因素有关，其中最主要的因素是它的孔结构，而混凝土的孔结构及强度又取决于混凝土的水灰比、有无外加剂和养护方法等。混凝土结构常用的几种抗冻措施有：掺用引气剂、减水剂或引气减水剂；严格控制水灰比，提高混凝土密实度；加强早期养护或掺入防冻剂，防止混凝土早期受冻。

3.3预防钢筋锈蚀

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的最主要原因。因此，对钢筋的锈蚀应当格外的重视。对钢筋锈蚀问题，可以采取如下措施。

（1）在混凝土外表面涂层。其出发点是隔离环境，弥补混凝土多孔性的缺陷，涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。常用的有普通硅酸盐水泥砂浆层、聚合物改性水泥砂浆层、渗透性涂层等。此外，自20世纪60 70年代起，国内外都开始在混凝土拌和物中掺入亚硝酸钠作为预防恶劣条件下钢筋腐蚀的补充措施。

（2）涂层钢筋。环氧树脂涂层钢筋得到了较广泛的工程应用，即采用静电喷涂环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层即使氯离子、氧等大量侵入混凝土时也能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。

（3）钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂的实际功能不是阻止环境中的有害离子进入混凝土中，而是当有害物质不可避免地进入混凝土内之后，它抑制、阻止、延缓了钢筋锈蚀的电化学过程，使有害离子丧失侵害能力，从而达到延长建筑物使用寿命的目的。按钢筋阻锈剂作用原理，一般可分为三种类型：阳极型钢筋阻锈剂、阴极型钢筋阻锈剂、综合型极型钢筋阻锈剂。

3.4减轻碱集料反应

随着混凝土强度提高，水泥用量增加，同时水泥生产工艺的改变，混凝土含碱量已在明显提高。由于大量基建项目的兴建，骨料来源减少，劣质骨料可能被采用，施工队伍素质等问题也将提高碱集料反应几率，故应采取有效预防措施。

（1）当混凝土使用有碱活性反应的骨料时，配合比必须控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性；粉煤灰能抑制碱集料反应，但是如掺量小于10%，有时反而会增加膨胀。外加剂特别是早强剂会带来高含量的碱。目前，混凝土施工常因工期要求掺入早强剂等外加剂，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。

（2）普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反映，生成强度更高、稳定性更优的低硷性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

4结语

“工程质量、百年大计”混凝土耐久性是影响工程使用寿命的主要问题，本文分析了钢筋混凝土耐久性主要涉及到碳化、冻融破坏、钢筋锈蚀、碱－集料反应等影响因素，通过对这些影响因素进行分析，提出了提高混凝土耐久性预防措施。耐久性研究需要宏观的定性描述和微观机理的定量分析，这是今后需要加强和深化的一项重要工作。

［ID：7501］

参考文献：

［1］李晨阳，杨迅，刘彬．钢筋混凝土耐久性探究［J］．中国西部科技，2009，10（8）：42－43．

［2］李军．钢筋混凝土耐久性研究［J］．山西水利，2009，10（5）：65－66．

［3］金伟良，赵羽习．混凝土结构耐久性研究的回顾与展望［J］．浙江大学学报（工学版），2002，7（4）：371－380．

［4］程云虹，刘斌．混凝土结构耐久性研究现状及趋势［J］．东北大学学报（自然科学版），2003，6（6）：

欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇欇

600－605．

（上接第39页）

大柱截面；在不影响建筑立面的情况下，尽量沿建筑物外立面周圈设置足够多的剪力墙。

（4）加强建筑物周圈水平联系构件的尺寸，并适当增加配筋。例如：增强外边框梁的尺寸和配筋。

（5）楼梯间和电梯井道，应尽量不要布置在建筑物平面的端部位置。

（6）在房间布置上，可以根据实际情况，将使用荷载比较大的区域或房间尽量布置在建筑平面的中间区域，或者将使用荷载较大的区域尽量对称布置，从而减少荷载重心和结构刚度中心的偏差带来的扭转影响。［ID：7511］

参考文献：

［1］GB50011－2010，建筑抗震设计规范［S］．

［2］JGJ3－2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．

［3］徐培福．复杂高层建筑结构设计［M］．

·

24

·