建筑工程抗震設(shè)計專篇編制及技術(shù)要點

許清根

（江西省建筑設(shè)計研究總院，南昌 330046）

0 引言

依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部文件《關(guān)于印發(fā)〈超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點〉的通知》（建質(zhì)[2010]109號）要求，通過各地多年來開展的抗震設(shè)防專項審查工作，已取得非常好的效果，建設(shè)工程抗震設(shè)計水平得到很大提高，建筑工程抗震設(shè)計質(zhì)量得到很好的保證。

作者參與多年的抗震專項審查，積累了較豐富的抗震審查實際工作經(jīng)驗，特撰文供同行們在編制建筑抗震設(shè)計專篇時參考。

1 基本要求

1.1 專篇格式

“建筑工程抗震設(shè)計專篇”（簡稱“專篇”）的編制宜有固定格式，有利于建筑工程抗震設(shè)計專篇的審查，其格式包括以下幾個方面：

1）封面：注明項目名稱+“建筑工程抗震設(shè)計專篇”、編制單位、編制日期。

2）扉頁：注明編制單位的法定代表人（或其授權(quán)人）、技術(shù)負責(zé)人、項目負責(zé)人，設(shè)計人、校對人、審核人（審定人）、均應(yīng)簽名，并要加蓋編制單位公章、設(shè)計文件專用章、一級注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)章。

3）目錄：“專篇”大致分三個部分——文字說明、計算書、設(shè)計圖紙，分別列出相應(yīng)目錄。

4）文字說明：闡述抗震設(shè)計的主要內(nèi)容，應(yīng)條理清晰、依據(jù)正確、判斷準確、結(jié)論明確。

5）計算書：計算書應(yīng)與文字說明和圖紙一起或單獨裝訂成冊，單獨裝訂時封面應(yīng)標明“項目名稱+計算書”，要有計算人、校對人、審核人簽名，并加蓋設(shè)計文件專用章。

6）圖紙：在圖紙的圖簽欄內(nèi)標注工程名稱、圖名、圖號、設(shè)計時間，并均應(yīng)有設(shè)計人、校對人、審核人簽名。

1.2 專篇主要內(nèi)容

“專篇”文件編制主要內(nèi)容包括以下三個部分。

1.2.1 文字說明

使用文字并結(jié)合適當(dāng)圖表闡述“專篇”的內(nèi)容，著重反映工程概況、設(shè)計依據(jù)、場地條件、結(jié)構(gòu)安全等級、使用年限、荷載取值、計算參數(shù)、基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)抗震等級、計算軟件、計算結(jié)果分析、規(guī)則性判別及針對薄弱部位、關(guān)鍵部位所采取的加強措施等。

1.2.2 計算書

計算書應(yīng)完整、清晰并明確計算依據(jù)、計算內(nèi)容、重點要求，采用的設(shè)計參數(shù)應(yīng)符合規(guī)范并適用于本工程，計算結(jié)果應(yīng)與文字說明相符，包括以下內(nèi)容：

1）由各級人員簽字的計算書封面，并應(yīng)在封面注明計算軟件的名稱及版本號；計算書目錄；荷載取值及計算；計算輸出內(nèi)容（詳見下條）。

2）輸出內(nèi)容包括：計算總信息和主要計算結(jié)果，如：位移比、剪重比、軸壓比、周期比、剛度比、抗傾覆力矩百分比、偏心率等。

3）分析結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，判斷結(jié)果是否滿足規(guī)范要求。

1.2.3 設(shè)計圖紙

設(shè)計圖紙主要反應(yīng)建筑的功能布局、結(jié)構(gòu)的截面尺寸，并至少提供以下圖紙：

1）建筑總平面圖，地下室平面布置圖（若有），各單體建筑的平、立、剖面圖等。

2）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和樓層結(jié)構(gòu)布置平面圖，地下室結(jié)構(gòu)圖（若有），構(gòu)件截面尺寸及主要構(gòu)件大樣圖等。

2 技術(shù)要點

2.1 文字說明內(nèi)容

2.1.1 工程概況

項目所在城市地段，建筑規(guī)模-面積、功能、高度、層數(shù)、±0.00對應(yīng)的絕對標高值、有無地下室及單體數(shù)量等，上部結(jié)構(gòu)類型，基礎(chǔ)類型，設(shè)計使用年限，結(jié)構(gòu)安全等級，基礎(chǔ)設(shè)計等級，上部結(jié)構(gòu)嵌固部位位置，基本風(fēng)壓（重現(xiàn)期50年），地面粗糙度，基本雪壓（重現(xiàn)期50年），參建單位等。

2.1.2 地形地貌

場地位置，原始地貌，地勢情況，現(xiàn)狀標高，周邊及鄰區(qū)建筑情況等。

2.1.3 工程地質(zhì)條件

場地地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)發(fā)育情況，有無斷裂帶及活動情況；勘察深度內(nèi)有無埋藏的溝濱、暗河、墓穴、防空洞、孤石等對工程不利的埋藏物；是否存在影響場地穩(wěn)定性的斷裂構(gòu)造、崩塌、滑坡、巖溶、沖溝、泥石流及塌陷區(qū)等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2.1.4 水文地質(zhì)條件

勘察期間測得初見水位埋深，穩(wěn)定水位埋深，地下水水位年變化幅度，地下水抗浮設(shè)計水位標高等；場地地下水及土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性。

2.1.5 場地抗震

場地類別，設(shè)防烈度，設(shè)計地震加速度值，設(shè)計特征周期等；場地有無砂土液化可能性，抗震性能及穩(wěn)定性，場地屬抗震一般地段、不良地段或危險地段。

2.1.6 建筑抗震

明確建筑的抗震設(shè)防類別，設(shè)計地震動參數(shù)，抗震計算烈度和構(gòu)造設(shè)防烈度；各部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級、剪力墻底部加強區(qū)及約束邊緣構(gòu)件的范圍等。

2.1.7 結(jié)構(gòu)類型

選用的結(jié)構(gòu)體系是否在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3—2010規(guī)定的最大適用高度范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)體系是否屬于復(fù)雜高層建筑。

2.1.8 結(jié)構(gòu)規(guī)則性及超限判別

對照建設(shè)部附錄一《超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表》表一～表四，凡屬于高度超過表一、或具有表二中三項及以上不規(guī)則、或具有表三中一項不規(guī)則、或表四中的高層建筑即為超限高層建筑工程。

2.1.9 抗震構(gòu)造

關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的最大和最小截面；關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的截面形式、基本的連接構(gòu)造；短柱和穿層柱的分布范圍；錯層、連體、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、樓面薄弱部位和加強層的主要構(gòu)造。

2.1.10 其他內(nèi)容

包括性能設(shè)計目標簡述，超限工程設(shè)計的主要加強措施，有待解決的問題，試驗結(jié)果等。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計

正確的抗震概念設(shè)計有利于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的準確定位，主要內(nèi)容包括：場地和地基、規(guī)則性建筑、合理的結(jié)構(gòu)體系（多道抗震設(shè)防）、計算結(jié)果校核、抗震構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)的整體性、結(jié)構(gòu)材料的選擇等。

1）對超高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，要求明確其豎向和水平向不規(guī)則的程度；因樓板局部開大洞造成的長短柱共用和樓板不連續(xù)的不利影響；要避免因抗震縫設(shè)計不合理使相鄰結(jié)構(gòu)單元間產(chǎn)生碰撞而坍塌，一般不宜采用折線形抗震縫；高層建筑應(yīng)避免采用對結(jié)構(gòu)抗震不利的單跨框架。

2）不同類型的結(jié)構(gòu)有其合適的建筑高度和合理的單方自重及恰當(dāng)?shù)膲w厚度；結(jié)構(gòu)剛度和變形應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)；結(jié)構(gòu)最大層間位移和扭轉(zhuǎn)位移比要在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3）抗震設(shè)計時結(jié)構(gòu)宜具備多道抗震防線，其中在框架與墻體、筒體共同抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)中，要求框架部分地震剪力的調(diào)整比規(guī)范規(guī)定的作適當(dāng)增加。

4）樓板設(shè)計應(yīng)具有整體性，否則在大震作用下削弱部位的樓板將受到剪切破壞；若樓板結(jié)構(gòu)有較大開洞時，宜對開洞處樓板進行受剪承載力的驗算。

5）在進行轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)嚴格控制其上下層結(jié)構(gòu)的剛度比和轉(zhuǎn)換層所在位置；通過次梁進行轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)范采取有效的加強措施；設(shè)計應(yīng)避免對結(jié)構(gòu)的邊柱、邊剪力墻的轉(zhuǎn)換，同時不應(yīng)對角柱、角部剪力墻進行轉(zhuǎn)換。

6）復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如：多塔、連體、錯層等）應(yīng)盡可能地減少不規(guī)則類型和程度；當(dāng)連接結(jié)構(gòu)比較薄弱時，應(yīng)認真考慮連接部位各構(gòu)件的可靠程度；在進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)避免同一樓層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軟弱層和薄弱層。

7）端部布置有一字型剪力墻時，剪力墻表現(xiàn)為平面外受力特征，建議加厚連接處樓板、平面外設(shè)置樓面暗梁、加強板的配筋（雙層雙向配筋）等方法，以保證墻體的穩(wěn)定性。

8）框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計時，框架柱間必須設(shè)置足夠剛度的框架梁，以利于結(jié)構(gòu)的整體抗扭作用。

9）突出屋面的結(jié)構(gòu)或裝飾構(gòu)架應(yīng)參與整體結(jié)構(gòu)分析，與主體結(jié)構(gòu)的材料不同時計算還需考慮阻尼比不同的影響，應(yīng)特別注意加強其與主體結(jié)構(gòu)的連接。

10）對于核心筒部位高度較大的連梁建議按《高規(guī)》第9.3.8條的規(guī)定配置交叉暗撐、設(shè)水平縫或減小梁截面的高寬比等措施來提高連梁的延性。

2.3 結(jié)構(gòu)計算分析模型及計算結(jié)果

1）正確選用設(shè)計參數(shù)：混凝土容重，嵌固端位置，基本風(fēng)壓，地面粗糙度，舒適度風(fēng)壓，風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)，體形系數(shù)，抗震等級，是否考慮偶然偏心，活荷載是否折減，連梁剛度折減系數(shù)，鋼筋強度，保護層厚度等。

2）正確選擇計算方法：結(jié)構(gòu)基本周期應(yīng)采用計算值代入；結(jié)構(gòu)計算應(yīng)采用符合結(jié)構(gòu)實際工況的模型，且樓梯構(gòu)件應(yīng)建模輸入；水平力的夾角應(yīng)按地震作用的最大方向角考慮；高層建筑應(yīng)考慮偶然偏心的影響進行規(guī)則性驗算；高層建筑框架柱宜按雙偏壓進行配筋驗算；框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架應(yīng)進行剪力調(diào)整等。

3）正確判斷計算結(jié)果：注意計算假定與實際受力的差異（包括剛性板、彈性膜、分塊剛性板的區(qū)別），通過結(jié)構(gòu)各部分受力分布的變化以及最大層間位移的位置和分布特征，判斷結(jié)構(gòu)受力特征的不利情況。

4）地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下室與首層剪切剛度比應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固端的要求，計算結(jié)果應(yīng)滿足《抗規(guī)》第6.1.14條的要求；當(dāng)?shù)叵率翼敯宀粷M足規(guī)范剛度比要求時，應(yīng)將計算嵌固端移至地下室底板面。

5）結(jié)構(gòu)底部剪重比應(yīng)符合抗震規(guī)范的要求，當(dāng)剪重比偏小時應(yīng)人工調(diào)整剪力，重新計算，若還不能滿足規(guī)范要求時，應(yīng)重新調(diào)整結(jié)構(gòu)布置。

6）當(dāng)建筑的高寬比較大時，應(yīng)復(fù)核在地震作用下地基基礎(chǔ)的承載力，并進行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗算，注意在風(fēng)荷載或地震作用下底層框架柱或筒體可能出現(xiàn)的受拉情況；跨度大于24 m的連體結(jié)構(gòu)應(yīng)進行豎向地震作用計算，并宜參照豎向時程分析結(jié)果確定；錯層結(jié)構(gòu)各分塊樓板的扭轉(zhuǎn)位移比應(yīng)進行電算并人工復(fù)核；屬高位連體結(jié)構(gòu)，計算宜考慮豎向地震的影響。

7）對多塔樓結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開的模型分別計算，并采取較不利的結(jié)果進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；當(dāng)塔樓周邊的裙樓超過兩跨時，分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結(jié)構(gòu)。

8）超限及復(fù)雜高層建筑應(yīng)采用兩個不同力學(xué)模型的軟件進行計算對比并進行彈性時程分析；對薄弱部位要進行罕遇地震作用下的彈塑性分析。

2.4 結(jié)構(gòu)抗震加強措施

1）在進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)項目所在地的烈度、超限程度和構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中所處部位及其破壞影響的不同，對結(jié)構(gòu)的抗震等級、內(nèi)力的調(diào)整、軸壓比、剪壓比、鋼材的材質(zhì)選取等方面的加強進行綜合考慮。

2）特殊項目因受力要求，設(shè)計可采用增設(shè)芯柱、約束邊緣構(gòu)件、型鋼混凝土或鋼管混凝土構(gòu)件、減震耗能構(gòu)件等提高結(jié)構(gòu)延性的抗震構(gòu)造措施。

3）轉(zhuǎn)換層承托的上部豎向抗側(cè)力構(gòu)件（墻、柱）宜直接落在轉(zhuǎn)換層的主結(jié)構(gòu)上；當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時，應(yīng)進行應(yīng)力分析并加強配筋構(gòu)造措施。

4）當(dāng)結(jié)構(gòu)存在抗震薄弱部位時，應(yīng)在承載力設(shè)計和細部構(gòu)造大樣兩個方面作綜合處理；樓板開洞總面積不宜超過該樓層面積的30%，在扣除凹入或開洞后，樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5 m，且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2 m；應(yīng)加強樓層洞口及凹凸周邊樓板的抗震性能，樓板厚度宜適當(dāng)加大且雙層雙層配筋，每層每方向板配筋率不小于0.25%，洞口邊梁宜采用寬扁梁。

5）當(dāng)框架的梁與柱中心線不能重合時，計算應(yīng)考慮偏心對梁、柱節(jié)點核心區(qū)受力和構(gòu)造的不利影響；當(dāng)梁、柱中心線之間的偏心距大于框架柱寬的1/4時，應(yīng)增設(shè)框架梁的水平加腋措施。

6）樓面開洞形成的穿層柱（跨層柱）應(yīng)采取加強措施，進行抗震性能設(shè)計，其計算高度應(yīng)考慮進行修正，柱縱筋、箍筋應(yīng)加強并注明穿層柱的箍筋加密區(qū)范圍。

7）樓梯作為地震發(fā)生時建筑的主要安全疏散通道，梯板在地震作用下具有斜撐的受力狀態(tài)，樓梯間四角豎向構(gòu)件的縱筋、箍筋應(yīng)采取抗震加強措施，梯板板面鋼筋應(yīng)貫通布置。

8）當(dāng)框架柱截面尺寸較大，易出現(xiàn)柱凈高與柱截面高度之比Hn/hc≤4或剪跨比λ≤2而形成“短柱”的情況，特別是標準層由于設(shè)置夾層而導(dǎo)致層高較小，形成剪跨比λ≤1.5的“極短柱”，抗震延性差，應(yīng)采取有效措施。

9）剪力墻與平面外方向的樓面梁連接處，應(yīng)根據(jù)“高規(guī)”第7.1.6條采取措施減少梁端部彎矩對剪力墻的不利影響，且樓面梁縱向受力鋼筋伸入梁柱節(jié)點核心區(qū)應(yīng)可靠錨固。

10）剪力墻的翼墻長度小于翼墻3倍厚度或端柱截面長度小于2倍墻厚時，按無翼墻、無端柱進行剪力墻約束邊緣構(gòu)件設(shè)計。

11）剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)控制截面高度與厚度之比5≤hw/tw≤8的短肢剪力墻數(shù)量，避免形成短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)，且短肢剪力墻應(yīng)根據(jù)“高規(guī)”第7.2.2條采取抗震加強措施。

12）對剪力墻底部加強區(qū)因樓板開洞后形成的穿層柱和墻，應(yīng)提高其抗震等級；樓板開洞而形成的穿層柱，應(yīng)嚴格控制穿層柱長細比，結(jié)構(gòu)分析時柱計算長度應(yīng)進行修正，柱縱向受力鋼筋應(yīng)適當(dāng)加強，柱箍筋考慮全高加密。

13）當(dāng)結(jié)構(gòu)存在規(guī)范明確的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、剛度中心與質(zhì)量中心偏置、平面凹凸、豎向尺寸突變等平面及豎向不規(guī)則時，宜調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，減少不規(guī)則項，對抗震薄弱部位采取加強措施，使結(jié)構(gòu)具備相應(yīng)的抗震承載能力。

14）對塔樓偏置較為明顯的結(jié)構(gòu)布置，主、裙樓臨界屋面易產(chǎn)生應(yīng)力集中，裙樓屋面及上一層樓板應(yīng)加大板厚并雙層雙向配筋；主、裙樓連接部位上、下樓層豎向構(gòu)件應(yīng)按抗震性能化目標進行設(shè)計。

3 合理化建議

1）超長結(jié)構(gòu)應(yīng)采取措施避免或減少混凝土收縮及溫度變形對結(jié)構(gòu)的不利影響，且應(yīng)考慮溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力的影響。

2）“專篇”中應(yīng)合理確定地下結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計水位，進行抗浮驗算并交代抗浮措施。

3）設(shè)計等級為甲級的建筑樁基，應(yīng)通過現(xiàn)場靜載試驗確定單樁承載力標準值。

4）選擇地下室頂板作為高層建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，有利于上部結(jié)構(gòu)抗震并節(jié)約投資。

4 結(jié)語

隨著我國建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展，高層建筑在建筑工程的分量愈來愈大，其中由于建筑功能的要求，設(shè)計了部分超限高層及復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其技術(shù)要求和難度越來越高，因設(shè)計單位的設(shè)計力量參差不齊，要在源頭上把好建筑工程的抗震設(shè)計質(zhì)量關(guān)，抗震設(shè)計審查是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，作者希望通過本文能對建筑工程抗震設(shè)計及審查起到一些參考作用。

[1]建設(shè)部文件.關(guān)于印發(fā)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》的通知（建質(zhì)[2010]109號）[S].

[2]JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].