某特别不规则多层公共建筑的抗震关键设计

某特别不规则多层公共建筑的抗震关键设计

田华

(上海栖城建筑规划设计有限公司，上海，200002)

摘要：本文以某多层公共建筑为设计实例，根据相关规范和要点判断为特别不规则建筑，对其进行多遇地震计算分析，利用弹性时程分析方法对其内力、位移和配筋进行补充计算和调整，并针对性地采取了构造加强措施。希望本文能为中低烈度下特别不规则多层建筑的结构抗震设计提供一定的参考价值。

关键词：特别不规则；弹性时程分析；构造加强措施

0、引言

随着社会经济的发展和生活水平的提高，建筑设计在建筑功能、空间视觉效果、立面造型等方面提出了越来越高的要求，陆续出现了央视大楼、上海“靴子”大楼、苏州“秋裤”大楼、湖州“马桶盖”大楼等奇异建筑，这些平面、立面不规则及体型凹凸过大的建筑，必然对结构专业的抗震分析和设计提出了苛刻的要求。

1、工程概况

    本工程位于河南省濮阳市，为某多层会议中心兼含部分舞台演出功能，总建筑面积2.2万m2，室内外高差450mm，地下一层层高5m，地上三层层高分别为5.1m、6.8和6.7m，大屋面标高18.60m，阶梯座席上空钢桁架屋面标高25.72m。   

2、结构布置及不规则情况判别

考虑到本工程建筑平面功能复杂、含夹层及局部错层、较多层楼板大开洞等因素，结构体系采用现浇钢筋砼剪力墙结构，以一层楼板作为上部结构的嵌固端，除一层阶梯座席上空采用钢桁架+压型钢板非组合楼板外，其余楼板及屋面板均采用现浇钢筋砼，钢桁架参与整体建模以便考虑空间结构对下部主体结构的实际影响。剪力墙主要沿开洞周边布置，上部剪力墙布置如图1，结构平面布置图见图2~6。

图1 剪力墙平面布置图               图2 一层结构平面图

图3 二三结构平面图                          图4 大屋面结构平面图

图5夹层结构平面图                  图6阶梯座席屋面结构平面图

对照《建筑抗震设计规范》[1]及《超限高层建筑工程抗震设计汇编》[2]的相关规定，本工程存在以下不规则项：

2.1、考虑偶然偏心时，在规定水平力作用下，个别楼层竖向构件的位移比大于1.2，但小于1.5，存在一定的扭转不规则；

    2.2、因建筑功能需要，个别楼层存在错层（错层不大于梁高），较多层楼板开洞面积大于30%且有效宽度小于典型宽度的50%，楼板局部不连续，平面刚度较弱；存在局部空间夹层，竖向刚度有一定突变性。

    结合上述情况，判定本工程属于特别不规则建筑，根据《建筑抗震设计规范》[1]规定，应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施。

3、特别不规则结构的抗震分析

    本工程建筑抗震设防类别丙类，抗震设防烈度7度，基本地震加速度值0.15g，场地土类别III类，特征周期0.55s，设计地震分组第二组，50年一遇基本风压0.45kPa，地面粗糙度类别B，设计使用年限50年，建筑结构安全等级二级。大屋面结构标高18.60m，阶梯座席上空屋面及周边结构标高25.72m，由于面积占比大于20%，按结构高度26.17m确定抗震等级为框架三级、剪力墙二级，考虑场地土为III类土，抗震构造措施均提高一级。

3.1、多遇地震振型分解反应谱法分析

结构阻尼比按钢结构0.02、混凝土0.05取值，采用YJK结构计算软件进行上部结构整体建模，考虑扭转耦联和偶然偏心影响下采用振型分解反应谱法对结构进行多遇地震下的弹性计算，计算结果见表1。计算结果表明竖向抗侧力构件布置及梁柱断面选择较为合理，主要控制指标均满足规范要求，能保证结构在多遇地震下处于弹性工作阶段，有效实现抗震设防的第一水准目标。

表1多遇地震作用下主要计算结果汇总

图7规范谱与多波反应谱对比图

3.2、补充弹性时程分析

    对特别不规则结构，应采用弹性时程分析法对结构底部剪力、楼层剪力和位移进行补充计算，当大于振型分解反应谱法计算结果时，相关构件的内力和配筋应做相应调整。时程分析采用一条人工波和两条天然波，每条波在X向和Y向均进行主方向和次方向计算，主次方向峰值加速度分别取55 cm/s2，46.75 cm/s2，三条波平均反应谱与规范反应谱在前三周期的对比见图7所示，符合抗震规范“在统计意义上相符”要求，多波底部剪力与CQC法底部剪力比较见表2，多波楼层剪力包络值与CQC法剪力比较及实际采用的地震作用放大系数见表3。

表2多波底部剪力与CQC法底部剪力比较

表3 多波楼层剪力包络值与CQC法剪力比较

4、构造加强措施

根据时程分析计算结果，针对本工程的特殊性，采取的主要结构加强措施如下：

4.1、一层楼板做为嵌固端，板厚取180，板配筋双层双向d10@170，配筋率不小于0.25%；

4.2、二三层、夹层及阶梯座席屋面周边板厚取150，大屋面板厚取120，配筋双层双向d8@150；

4.3、大开洞周边楼板定义为弹性板以考虑楼板削弱对竖向构件内力变形和配筋计算的影响；

4.4、对大开洞周边竖向构件纵筋和箍筋适当放大。

5、结语

多层建筑也应进行规则性判断，除按常规抗震概念设计角度出发采用一般加强措施外，对特别不规则结构的建筑尚应进行关键性问题的抗震分析和论证，利用时程分析方法作为补充分析，根据计算结果对内力、变形和配筋进行调整，对特别部位进行特殊加强。

参考文献：

[1]GB50011-2010（2016年版）建筑抗震设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2016

[2]北京市建筑设计研究院有限公司.超限高层建筑工程抗震设计汇编.北京：中国建筑工业出版社，2016

[3]GB55002-2021.建筑与市政工程抗震通用规范.北京:中国建筑工业出版社，2021