张春
摘 要：建筑结构的规则性判别工作，是抗震设计文件审查工作中较重要的一个环节。文章通过对高层住宅结构设计进行分析，整理出常见的结构不规则类型，总结出避免不规则设计和减少不规则设计程度的技术措施和要点，对今后高层住宅类项目的技术审查进行指导，进一步加快审查速度，提高审批效率，推进了行政审批标准化的管理工作。
关键词：结构规则性判别；抗震设计文件审查；高层住宅
中图分类号：TU973 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0189-04
1 研究背景及意义
近年来，为发展经济，进一步推进建设项目特别是重大工程建设项目的建设工作，本市各级政府及部门相继出台优化前期审批手续的实施细则，要求加快工程建设项目前期审批工作，提高审批效能，减少审批时限，这就要求我们将行政审批标准化的管理工作进一步推进。
工作中发现，建设单位为了降低建设成本、避免设计出现抗震超限高层建筑，对提交的设计资料进行反复的修改和补充，这是影响抗震设计文件审查时间的主要因素之一。出现这种现象的主要原因是对相关文件分析得不到位和对规范相关条文理解得不透彻。
现对闵行区近年来建设项目进行研究，就高层住宅类项目的结构规则性判别形成研究课题。通过对已完成抗震设计文件审查的项目进行分析，整理出高层住宅建筑常见的结构不规则类型，总结出避免不规则设计的技术措施和要点，将这些技术措施和要点具体化，避免不规则设计或减少建筑结构不规则设计程度。
2 高层住宅类建筑不规则结构的常见类型
根据近年来闵行区抗震设计文件审查情况，高层住宅建筑（房屋高度不超过规定）常见的结构不规则类型及所占比例情况如图1所示。由图可见，最常见的类型为扭转不规则和平面凹凸不规则，下面就以工程实例来分类阐述。
2.1 平面凹凸不规则
工程实例A、B。
工程实例A：图2为一栋14层住宅楼的标准层结构平面图，如图所示，凹进一侧尺寸为4100mm（从抗侧力构件截面中心算起），相应总尺寸为10300mm， 凹进一侧尺寸大于相应总尺寸的30%，为相应总尺寸的40%。
工程实例B：图3为一栋11层住宅楼的标准层结构平面图，如图所示，凹进一侧尺寸为5600mm（从抗侧力构件截面中心算起），相应总尺寸为11300mm， 凹进一侧尺寸大于相应总尺寸的30%，为相应总尺寸的49.6%。
2.2 扭转不规则
工程实例C：
一地上17层、地下1层住宅楼，采用钢筋混凝土剪力墙结构，结构高度为50.3米，与多栋建筑共建于同一座地下室之上，地下室顶板作为嵌固端。在具有偶然偏心的规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件弹性水平位移（或层间位移）的最大值与平均值的比值大于1.2，验算结果如下（表1）：
2.3 楼板局部不连续
工程实例D：
关于楼板局部不连续，高层住宅常见的不规则类型主要为有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%。
工程实例如下：
图4为一高层住宅楼二层结构布置图，建筑功能要求一层大堂局部挑空，因此形成二层楼面局部大开洞。图示有效楼板宽度为3750mm，小于该层楼板典型宽度的40%。
2.4 侧向刚度不规则
工程实例E、F：
工程实例E：一栋地上25层、地下1层住宅楼，采用钢筋混凝土剪力墙结构，结构高度为79.5米，地上除1层层高为3.600米外，其余层层高均为3.15米，与多栋建筑共建于同一座地下室之上，地下室顶板作为嵌固端。一层与上一层等效剪切刚度（或上三层等效剪切刚度平均值）之比最小值在X方向上小于0.7，验算结果如表2（最小值）：
工程实例F：侧向刚度不规则的另一个类型主要表现在建筑立面尺寸的收进以及悬挑上，具体工程立面简如图5、图6所示：
图5所示建筑立面在裙房以上处收进，收进处高度大于主楼高度的20%，并且4层及以上收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%，为3层的30%。图6所示建筑，为了10层部分房型有较大的露台，建筑立面在10层结构平面局部收进，且收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%，为9层的43%。
2.5 楼层承载力突变
工程实例G：
有一地上9层、地下2层住宅楼，采用部分预制构件钢筋混凝土剪力墙结构，结构高度为26米，层高均为2.8米，与多栋建筑共建于同一座地下室之上，地下二层顶板作为嵌固端。楼层抗剪承载力小于相邻上一层的80%，验算结果如表3（本层与上一层的承载力之比最小值）：
2.6 其他
多栋高层住宅建筑均共建于同一座整体地下室之上，作为上部结构嵌固端的地下室顶板，因为种植绿化等原因大多数存在高差，且一般高差均大于0.6米。另外，一些地下车库顶板局部开洞和因车库坡道而形成的开洞，这些都会影响地下室顶板作为上部结构嵌固端的有效性。
3 避免不规则设计和减少不规则设计程度的技术措施和要点
按照抗震概念设计原则，在高层住宅建筑的一个独立结构单元内，结构平面形状宜简单、规则、质量、刚度和承载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面布置。并且高层住宅建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和收进，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化。下面就以工程实例，具体提一些技术措施和要点。
（1）工程实例A（平面凹凸不规则）：此类不规则结构类型应在剪力墙外墙或凹口处设侧向翼墙，或在适当的位置增加有限的抗侧力构件，减少凹进一侧尺寸，否则作为凹口处理，如图2凹进一侧尺寸为4100mm。经与建设单位沟通后，在不影响使用的情况下，我建议该项目在平面凹口的竖向剪力墙端处设置柱子。如图7所示，这样凹进一侧尺寸缩短为2300mm，避免了平面凹凸不规则。此外，我还建议设计单位在后续的施工图设计过程中加强凹口处的构造措施，如针对凹口两侧抗侧力构件加强配筋、凹口处连接楼板双层双向配筋，加厚板厚加强配筋等。
工程实例B（平面凹凸不规则）：在抗震审查工作中遇到类似图3的凹凸不规则结构类型，一般建议建设单位在凹口处增设拉梁和连接板，在凹口薄弱处形成有效的抗侧力体系，这样此处就可以不按凹口计算。凹口连接板的设置必须满足两点要求：其一是连接板的宽度不得小于2米；其二是连接板与主体结构连接处设置抗震墙，或连接板两侧结构梁与主体结构柱连接。工程实例B增设拉梁和连接板后详见图8。
（2）工程实例C（扭转不规则）：在抗震审查工作中此类不规则结构类型较为多见，一般是由于刚度分布和质量分布的均匀性差，或者抗扭能力不足，或者两者兼而有之。为了减少不规则程度，我通常建议设计在建立计算模型时采取一些技术措施来控制结构的整体扭转效应。当计算结果有较多楼层的扭转位移比大于1.2时，建议先检查调整抗侧力构件刚度和质量的均匀性，再加强建筑外圈提高抗扭能力。
（3）工程实例D：楼板局部不连续类型中，典型楼板宽度是指主要抗侧力结构所在区域的楼板宽度，且不考虑悬挑结构的楼板宽度。对图4项目建立弹性楼板力学模型，进行楼板应力分析。分析结果显示，楼板开洞的影响主要使洞口边应力集中，并影响了水平地震力的传递，使得洞口周边的传力构件作为拉弯构件来传递荷载。在后续施工图阶段应对相关薄弱部位楼板加强设计，采用双层双向配筋、加厚楼板、配筋适当加大，增强洞口周边梁的设计等措施。另外，因底层层高较高，还可以对楼梯进行优化设计，增加有效楼板宽度。
另外，在实际工作中还发现一种楼板局部不连续情况，即楼梯、电梯井四周没有采用抗震墙围合或者是抗震墙和强连梁围合，一般此类楼板开洞的无楼板部分应按开洞考虑。碰到此类项目，我建议设计优化楼梯、电梯井道外墙的设置，楼电梯间四周采用抗震墙围合（或抗震墙和强连梁围合），则无楼板部分不按开洞考虑，一般可以减少结构设计的不规则程度。
（4）工程实例E：这类不规则情况在实际项目中不多见，对于首层刚度突变的薄弱层，一般地震剪力会放大1.15倍，同时控制首层轴压比，边缘构件配箍率适当提高。另外，建议设计还可以考虑适当增强首层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度。
工程实例F：图5所示建筑立面在裙房以上处收进，该建筑裙房部分为物业居委用房，靠外侧均为办公室。我建议建设单位在3层局部收进1.2米作为办公阳台，这样在不影响建筑功能的情况下，做到逐层收进，避免收进的水平向尺寸过大而导致的竖向不规则，如图9所示。
图6所示建筑顶层局部为跃层户型，原先设计考虑有大露台，所以水平向的尺寸收进过大。在与建设单位沟通后，我建议设计在保障露台面积的情况下尺寸横向扩大，在10层以上平面呈阶梯式逐层收进，顶部2层分别收进的水平向尺寸均小于相邻下一层的25%，避免了水平尺寸的突变，如图10所示。
（5）工程实例G：因地上二层为社区用房，我建议设计在满足规划要求的情况下，适当把地上二层的层高加大，调整后的结构高度为26.4米，除地上1、2层层高为3米外，其余层层高均为2.8米，受力构件截面积不变。这样不仅在建筑功能的使用上更加合理，并且还减小了地上1层剪力墙的抗剪承载力，最终地下一层抗侧力构件的层间受剪承载力大于相邻上一层的80%，避免了不规则设计，验算结果如表4（本层与上一层的承载力之比最小值）：
（6）整体地下室顶板作为上部结构嵌固端的要求，首先要能保证水平地震力的可靠传递。对于地下室顶板高差大于0.6米的错层处应采取加腋措施，且加腋坡度不宜大于1：2，另外还需加强错层处竖向构件的配筋。对于多栋高层建筑共建与同一座地下室之上的情况，顶板开洞处的尺寸及位置均应有所限制，塔楼相关范围内开洞尺寸超过1个柱距，即视为大开洞存在多塔效应。此外，提醒设计人员在施工图设计时，地下室顶板设计应满足国家和地方规范、规程有关嵌固端的各项要求。
4 结论和展望
根据《上海市建筑工程初步（总体）设计文件抗震设防审查管理办法》（沪建管[2015]958号）文，高层建筑应依据住房和城乡建设部印发的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》、上海市住房和城乡建设管理委员会印发的《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》中的有关规定进行结构的超限判别。本文对高层住宅结构的超限判别就不再作累述，具体详见上述文件。
以闵行区近年来抗震设计文件中高层住宅类建筑不规则结构的工程为例，对建筑结构特征、不规则状况提出有效控制抗震安全的技术措施，并提出合理优化的建议，使整体结构及其薄弱部位的抗震措施得以加强。希望通过本文，在今后高层住宅类项目抗震设计文件审查工作中，对高层住宅类项目的技术审查起到一定的参考作用，以小见大、举一反三，进一步加快审查速度，提高审批效率，推进行政审批标准化的管理工作。
参考文献：
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[Z].建质[2015]67号.
[2]上海市住房和城乡建设管理委员会.上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则[Z].沪建管[2014]954号.
[3]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社.
[4]GB50011-2010.建筑抗震设计规范（2016年版）[S].北京：中国建筑工业出版社.
[5]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析JGJ3-2010[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.
