摘要：建筑业的快速发展使得我国建筑平面布置形式日渐多样化，平面不规则建筑因此大量涌现，本文简单介绍了建筑平面布置规则性与结构抗震能力的联系，并结合某地平面不规则的L形公共建筑作为研究对象，详细论述了基于建筑平面布置的混凝土结构抗震设计。
关键词：建筑平面布置；混凝土结构；抗震；剪力墙
1 建筑平面布置规则性与结构抗震能力的联系
1.1平面不规则结构问题的提出
结构分析设计水平的提升使得我国建筑平立面形状日益复杂化，平面不规则结构建筑在我国建筑业大量涌现，但随着这类建筑开始经历地震检验，人们发现平面结构规则的建筑相较于平面不规则结构建筑具备更优秀的抗震性能，地震中出现严重损坏的建筑也多为平面不规则建筑，这种情况的出现主要是由于平面不规则建筑会受到更为严重的扭转效应影响。如建筑平面布置规则，地震力作用下的各构件受力较为均匀，而建筑平面不规则结构则会导致各处构件受到的水平力差异较大，结构的扭转效应也会因此大幅提升，建筑远离刚心的构件将因此率先出现损坏，严重时甚至可能导致建筑整体破坏。
1.2平面不规则的判定
由于平面不规则结构对建筑物抗震能力影响较为深远，各国都对建筑平面不规则进行了详细规定，《EC8规范》、《UBC1997规范》分别为欧盟与美国提出的平面不规则建筑判定准则，而我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）则划分了扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续等建筑平面不规则种类，如图1为建筑结构扭转不规则典型，图中的
属于扭转不规则，但应使
，其中
、
分别指刚性楼盖假设时同一侧楼层角点结构竖向构件最小层间位移与最大层间位移。
图1 建筑结构扭转不规则典型
1.3平面不规则建筑常用抗震措施
平面不规则建筑在地震中极易发生扭转破坏，因此我国《建筑抗震设计规范》等规程中对建筑结构扭转变形进行了严格规定，仍以图1为例可得出、
，由于
，可得出
，式中的
、
分别为结构水平转动扭转角、结构平动变形，而通过上述推导可发现，控制
便能够实现建筑结构扭转变形的控制。
结合上述计算即可明晰平面不规则建筑可以采用的常用抗震措施，具体措施如下所示：（1）基本抗震措施。可采用适当减弱建筑内部结构构件、加强建筑四周结构构件的措施，加强布置墙柱（楼梯间周围）可有效缩短建筑扭转周期、提高整体刚度。（2）墙柱。应采用规整截面形式的墙柱，必要时增加墙柱截面尺寸也能够有效提抗扭能力。（3）设置防震缝。如建筑平面严重不规范，可通过布置防震缝将建筑结构分为规则且较小的单元，由此可有效降低整体扭转并提升建筑抗震性能。
2 基于建筑平面布置的混凝土结构抗震设计实例
2.1工程概况
为提升研究实践价值，选择了某地病房医技综合医院楼作为研究对象，该建筑地下部分深达14.4m（3层）、地上部分高46.2m（10层），地下、地上部分层高分别为4.9m与4.6m（标准层），抗震设防烈度为7度、地震分组为第二组。建筑结构重要系数为1.0、结构安全等级为二级、场地类别为Ⅱ类。
2.2模型建立
研究对象建筑为典型的荷载分布不均匀大型公共建筑，且该建筑2、4、6楼存在局不开大洞，深入分析可发现其符合我国规定的平面不规则建筑要求，这就使得单纯框架结构无法满足该公共建筑的抗震要求，必须采用针对性的抗震措施，因此采用了加入适当剪力墙的抗震措施，结合工程实际得出了图2所示的三个剪力墙布置模型，具体设计如下所示：（1）模型一。采用了400mm、350mm、300mm厚的剪力墙，通过布置L形、T形剪力墙提升建筑整体稳定性并在局部形成筒形结构，6层以上适当减小剪力墙厚度（最低为250mm）。（2）模型二。在模型一基础上将内部剪力墙向建筑外围调整并拆分了部分刚度较大的T形、L形剪力墙，由此实现了剪力墙布置的科学化程度提升。（3）模型三。在模型二基础上进一步减少了剪力墙布置，布置中遵循了“分散、均匀”原则，剪力墙辐射面因此大幅提升，建筑结构整体抗侧刚度也得以有效增长。
图3 模型一（左）、模型二（中）、模型三（右）
2.3模型对比
2.3.1扭转指标对比
对比主要围绕周期比、质心与刚心展开，具体对比如下所示：（1）周期比。引入第一自振周期Tt、以平动为主第一自振周期Tl进行对比，结合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010），可得出三种模型周期比。结合规范不难发现，三种模型周期比均不大于0.9。（2）质心与刚心。质心坐标计算公式为：
其中，
指的是柱等竖向构件上长久作用的竖向荷载的计算总和，由此通过计算即可进行三个模型的质心刚心对比，对比结果得出模型一质心刚心偏差较大，模型二质心刚心偏差有所减小，而模型三质心刚心偏差明显减小。
2.3.2内力特性对比
内力特性对比主要围绕剪重比、刚度比、抗剪承载力比值、刚重比展开，通过计算不难发现，模型一、模型二、模型三的剪重比、刚度比、抗剪承载力比值、刚重比均符合规范要求。
2.3.3经济性对比
应用PKPM软件进行模型的经济性对比，其中C30等级混凝土、C35-C45等级混凝土、C50等级混凝土价格分别取320元/m3、360元m3、400元/m3，钢筋则取4700元/t，由此可得出模型一总造价为1275.3万元，模型二为1259.9万元，模型三为1232.0万元，可发现模型三具备最高的经济性。
结合上述分析不难发现，相较于模型一、模型二，模型三剪力墙布置更加均匀分散，这使得建筑平面布置的不规范程度有所减弱，由于模型三拥有最好的经济性且各项指标均符合规范要求，因此选择了模型三用于建筑抗震设计，模型三的应用实现了结构下部弯矩、结构上部倾覆力矩分别由剪力墙（主要）、框架柱（主要）承担。
3 结论
综上所述，建筑平面布置规范性直接影响混凝土结构抗震性能，而通过引入剪力墙则能够有效抑制不规范平面布置带来的抗震性能问题，希望本文研究能够为同类工程提供设计思路。
参考文献：
[1] 彭一刚著.建筑空间组合论（第三版）.中国建筑工业出版社，2008
[2] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社，2010
论文作者:吴钟宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/25
标签：建筑论文; 模型论文; 不规则论文; 平面论文; 结构论文; 质心论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2018年第15期论文;