建筑工程抗震设计专篇编制及技术要点

2014-04-15许清根

建筑设计管理 2014年11期

许清根

（江西省建筑设计研究总院，南昌 330046）

0 引言

依据住房和城乡建设部文件《关于印发〈超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点〉的通知》（建质[2010]109号）要求，通过各地多年来开展的抗震设防专项审查工作，已取得非常好的效果，建设工程抗震设计水平得到很大提高，建筑工程抗震设计质量得到很好的保证。

作者参与多年的抗震专项审查，积累了较丰富的抗震审查实际工作经验，特撰文供同行们在编制建筑抗震设计专篇时参考。

1 基本要求

1.1 专篇格式

“建筑工程抗震设计专篇”（简称“专篇”）的编制宜有固定格式，有利于建筑工程抗震设计专篇的审查，其格式包括以下几个方面：

1）封面：注明项目名称+“建筑工程抗震设计专篇”、编制单位、编制日期。

2）扉页：注明编制单位的法定代表人（或其授权人）、技术负责人、项目负责人，设计人、校对人、审核人（审定人）、均应签名，并要加盖编制单位公章、设计文件专用章、一级注册结构工程师执业章。

3）目录：“专篇”大致分三个部分——文字说明、计算书、设计图纸，分别列出相应目录。

4）文字说明：阐述抗震设计的主要内容，应条理清晰、依据正确、判断准确、结论明确。

5）计算书：计算书应与文字说明和图纸一起或单独装订成册，单独装订时封面应标明“项目名称+计算书”，要有计算人、校对人、审核人签名，并加盖设计文件专用章。

6）图纸：在图纸的图签栏内标注工程名称、图名、图号、设计时间，并均应有设计人、校对人、审核人签名。

1.2 专篇主要内容

“专篇”文件编制主要内容包括以下三个部分。

1.2.1 文字说明

使用文字并结合适当图表阐述“专篇”的内容，着重反映工程概况、设计依据、场地条件、结构安全等级、使用年限、荷载取值、计算参数、基础及结构类型、抗震设防烈度、结构抗震等级、计算软件、计算结果分析、规则性判别及针对薄弱部位、关键部位所采取的加强措施等。

1.2.2 计算书

计算书应完整、清晰并明确计算依据、计算内容、重点要求，采用的设计参数应符合规范并适用于本工程，计算结果应与文字说明相符，包括以下内容：

1）由各级人员签字的计算书封面，并应在封面注明计算软件的名称及版本号；计算书目录；荷载取值及计算；计算输出内容（详见下条）。

2）输出内容包括：计算总信息和主要计算结果，如：位移比、剪重比、轴压比、周期比、刚度比、抗倾覆力矩百分比、偏心率等。

3）分析结构计算结果，判断结果是否满足规范要求。

1.2.3 设计图纸

设计图纸主要反应建筑的功能布局、结构的截面尺寸，并至少提供以下图纸：

1）建筑总平面图，地下室平面布置图（若有），各单体建筑的平、立、剖面图等。

2）结构基础和楼层结构布置平面图，地下室结构图（若有），构件截面尺寸及主要构件大样图等。

2 技术要点

2.1 文字说明内容

2.1.1 工程概况

项目所在城市地段，建筑规模-面积、功能、高度、层数、±0.00对应的绝对标高值、有无地下室及单体数量等，上部结构类型，基础类型，设计使用年限，结构安全等级，基础设计等级，上部结构嵌固部位位置，基本风压（重现期50年），地面粗糙度，基本雪压（重现期50年），参建单位等。

2.1.2 地形地貌

场地位置，原始地貌，地势情况，现状标高，周边及邻区建筑情况等。

2.1.3 工程地质条件

场地地质资料，区域内发育情况，有无断裂带及活动情况；勘察深度内有无埋藏的沟滨、暗河、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物；是否存在影响场地稳定性的断裂构造、崩塌、滑坡、岩溶、冲沟、泥石流及塌陷区等不良地质现象。

2.1.4 水文地质条件

勘察期间测得初见水位埋深，稳定水位埋深，地下水水位年变化幅度，地下水抗浮设计水位标高等；场地地下水及土对钢筋混凝土结构的腐蚀性。

2.1.5 场地抗震

场地类别，设防烈度，设计地震加速度值，设计特征周期等；场地有无砂土液化可能性，抗震性能及稳定性，场地属抗震一般地段、不良地段或危险地段。

2.1.6 建筑抗震

明确建筑的抗震设防类别，设计地震动参数，抗震计算烈度和构造设防烈度；各部位结构构件的抗震等级、剪力墙底部加强区及约束边缘构件的范围等。

2.1.7 结构类型

选用的结构体系是否在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010规定的最大适用高度范围内，结构体系是否属于复杂高层建筑。

2.1.8 结构规则性及超限判别

对照建设部附录一《超限高层建筑工程主要范围的参照简表》表一～表四，凡属于高度超过表一、或具有表二中三项及以上不规则、或具有表三中一项不规则、或表四中的高层建筑即为超限高层建筑工程。

2.1.9 抗震构造

关键结构的最大和最小截面；关键结构的截面形式、基本的连接构造；短柱和穿层柱的分布范围；错层、连体、转换结构、楼面薄弱部位和加强层的主要构造。

2.1.10 其他内容

包括性能设计目标简述，超限工程设计的主要加强措施，有待解决的问题，试验结果等。

2.2 建筑结构抗震概念设计

正确的抗震概念设计有利于结构抗震设计的准确定位，主要内容包括：场地和地基、规则性建筑、合理的结构体系（多道抗震设防）、计算结果校核、抗震构造措施、结构的整体性、结构材料的选择等。

1）对超高层建筑结构的规则性，要求明确其竖向和水平向不规则的程度；因楼板局部开大洞造成的长短柱共用和楼板不连续的不利影响；要避免因抗震缝设计不合理使相邻结构单元间产生碰撞而坍塌，一般不宜采用折线形抗震缝；高层建筑应避免采用对结构抗震不利的单跨框架。

2）不同类型的结构有其合适的建筑高度和合理的单方自重及恰当的墙体厚度；结构刚度和变形应控制在合理范围内；结构最大层间位移和扭转位移比要在规范允许范围内。

3）抗震设计时结构宜具备多道抗震防线，其中在框架与墙体、筒体共同抗侧力的结构中，要求框架部分地震剪力的调整比规范规定的作适当增加。

4）楼板设计应具有整体性，否则在大震作用下削弱部位的楼板将受到剪切破坏；若楼板结构有较大开洞时，宜对开洞处楼板进行受剪承载力的验算。

5）在进行转换层结构设计时，应严格控制其上下层结构的刚度比和转换层所在位置；通过次梁进行转换的结构应按规范采取有效的加强措施；设计应避免对结构的边柱、边剪力墙的转换，同时不应对角柱、角部剪力墙进行转换。

6）复杂结构（如：多塔、连体、错层等）应尽可能地减少不规则类型和程度；当连接结构比较薄弱时，应认真考虑连接部位各构件的可靠程度；在进行复杂结构设计时应避免同一楼层结构出现软弱层和薄弱层。

7）端部布置有一字型剪力墙时，剪力墙表现为平面外受力特征，建议加厚连接处楼板、平面外设置楼面暗梁、加强板的配筋（双层双向配筋）等方法，以保证墙体的稳定性。

8）框架-核心筒结构设计时，框架柱间必须设置足够刚度的框架梁，以利于结构的整体抗扭作用。

9）突出屋面的结构或装饰构架应参与整体结构分析，与主体结构的材料不同时计算还需考虑阻尼比不同的影响，应特别注意加强其与主体结构的连接。

10）对于核心筒部位高度较大的连梁建议按《高规》第9.3.8条的规定配置交叉暗撑、设水平缝或减小梁截面的高宽比等措施来提高连梁的延性。

2.3 结构计算分析模型及计算结果

1）正确选用设计参数：混凝土容重，嵌固端位置，基本风压，地面粗糙度，舒适度风压，风荷载效应放大系数，体形系数，抗震等级，是否考虑偶然偏心，活荷载是否折减，连梁刚度折减系数，钢筋强度，保护层厚度等。

2）正确选择计算方法：结构基本周期应采用计算值代入；结构计算应采用符合结构实际工况的模型，且楼梯构件应建模输入；水平力的夹角应按地震作用的最大方向角考虑；高层建筑应考虑偶然偏心的影响进行规则性验算；高层建筑框架柱宜按双偏压进行配筋验算；框架-剪力墙结构中的框架应进行剪力调整等。

3）正确判断计算结果：注意计算假定与实际受力的差异（包括刚性板、弹性膜、分块刚性板的区别），通过结构各部分受力分布的变化以及最大层间位移的位置和分布特征，判断结构受力特征的不利情况。

4）地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室与首层剪切刚度比应满足上部结构嵌固端的要求，计算结果应满足《抗规》第6.1.14条的要求；当地下室顶板不满足规范刚度比要求时，应将计算嵌固端移至地下室底板面。

5）结构底部剪重比应符合抗震规范的要求，当剪重比偏小时应人工调整剪力，重新计算，若还不能满足规范要求时，应重新调整结构布置。

6）当建筑的高宽比较大时，应复核在地震作用下地基基础的承载力，并进行结构整体稳定性验算，注意在风荷载或地震作用下底层框架柱或筒体可能出现的受拉情况；跨度大于24 m的连体结构应进行竖向地震作用计算，并宜参照竖向时程分析结果确定；错层结构各分块楼板的扭转位移比应进行电算并人工复核；属高位连体结构，计算宜考虑竖向地震的影响。

7）对多塔楼结构，宜按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采取较不利的结果进行结构设计；当塔楼周边的裙楼超过两跨时，分塔楼模型宜至少附带两跨的裙楼结构。

8）超限及复杂高层建筑应采用两个不同力学模型的软件进行计算对比并进行弹性时程分析；对薄弱部位要进行罕遇地震作用下的弹塑性分析。

2.4 结构抗震加强措施

1）在进行结构抗震设计时，应根据项目所在地的烈度、超限程度和构件在结构中所处部位及其破坏影响的不同，对结构的抗震等级、内力的调整、轴压比、剪压比、钢材的材质选取等方面的加强进行综合考虑。

2）特殊项目因受力要求，设计可采用增设芯柱、约束边缘构件、型钢混凝土或钢管混凝土构件、减震耗能构件等提高结构延性的抗震构造措施。

3）转换层承托的上部竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上；当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析并加强配筋构造措施。

4）当结构存在抗震薄弱部位时，应在承载力设计和细部构造大样两个方面作综合处理；楼板开洞总面积不宜超过该楼层面积的30%，在扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不宜小于5 m，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小于2 m；应加强楼层洞口及凹凸周边楼板的抗震性能，楼板厚度宜适当加大且双层双层配筋，每层每方向板配筋率不小于0.25%，洞口边梁宜采用宽扁梁。

5）当框架的梁与柱中心线不能重合时，计算应考虑偏心对梁、柱节点核心区受力和构造的不利影响；当梁、柱中心线之间的偏心距大于框架柱宽的1/4时，应增设框架梁的水平加腋措施。

6）楼面开洞形成的穿层柱（跨层柱）应采取加强措施，进行抗震性能设计，其计算高度应考虑进行修正，柱纵筋、箍筋应加强并注明穿层柱的箍筋加密区范围。

7）楼梯作为地震发生时建筑的主要安全疏散通道，梯板在地震作用下具有斜撑的受力状态，楼梯间四角竖向构件的纵筋、箍筋应采取抗震加强措施，梯板板面钢筋应贯通布置。

8）当框架柱截面尺寸较大，易出现柱净高与柱截面高度之比Hn/hc≤4或剪跨比λ≤2而形成“短柱”的情况，特别是标准层由于设置夹层而导致层高较小，形成剪跨比λ≤1.5的“极短柱”，抗震延性差，应采取有效措施。

9）剪力墙与平面外方向的楼面梁连接处，应根据“高规”第7.1.6条采取措施减少梁端部弯矩对剪力墙的不利影响，且楼面梁纵向受力钢筋伸入梁柱节点核心区应可靠锚固。

10）剪力墙的翼墙长度小于翼墙3倍厚度或端柱截面长度小于2倍墙厚时，按无翼墙、无端柱进行剪力墙约束边缘构件设计。

11）剪力墙结构设计时应控制截面高度与厚度之比5≤hw/tw≤8的短肢剪力墙数量，避免形成短肢剪力墙较多的剪力墙结构，且短肢剪力墙应根据“高规”第7.2.2条采取抗震加强措施。

12）对剪力墙底部加强区因楼板开洞后形成的穿层柱和墙，应提高其抗震等级；楼板开洞而形成的穿层柱，应严格控制穿层柱长细比，结构分析时柱计算长度应进行修正，柱纵向受力钢筋应适当加强，柱箍筋考虑全高加密。

13）当结构存在规范明确的扭转不规则、刚度中心与质量中心偏置、平面凹凸、竖向尺寸突变等平面及竖向不规则时，宜调整结构设计方案，减少不规则项，对抗震薄弱部位采取加强措施，使结构具备相应的抗震承载能力。

14）对塔楼偏置较为明显的结构布置，主、裙楼临界屋面易产生应力集中，裙楼屋面及上一层楼板应加大板厚并双层双向配筋；主、裙楼连接部位上、下楼层竖向构件应按抗震性能化目标进行设计。