趙仕興， 楊姝姮， 陳 可

(1 四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 成都 610017； 2 四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中心， 成都 610017；3 成都惟尚建筑設(shè)計(jì)有限公司， 成都 610017)

0 前言

歷次大地震震害表明，體型規(guī)則的建筑震害相對(duì)較輕，能夠更有效地保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1978年，在總結(jié)海城地震、唐山地震經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布了我國(guó)第一本建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(TJ 11—78)[1](簡(jiǎn)稱78版抗規(guī))。之后歷經(jīng)多次修訂，主要形成《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ 11-89)[2](簡(jiǎn)稱89版抗規(guī))、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2001)[3](簡(jiǎn)稱2001版抗規(guī))和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)[4](簡(jiǎn)稱2010版抗規(guī))。各版規(guī)范均把對(duì)建筑的規(guī)則性要求納入正式條文，并做出了很多具體規(guī)定和限制。

(1)78版抗規(guī)

第4條第四款：力求建筑物體型簡(jiǎn)單，重量、剛度對(duì)稱和均勻分布，避免立面、平面上的突然變化和不規(guī)則形狀。

(2)89版抗規(guī)

2.2.1條：建筑平、立面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化均勻，樓層不宜錯(cuò)層。

6.1.4條:1)平面局部突出部分的長(zhǎng)度不大于其寬度，且不大于該方向總長(zhǎng)的30%；2)立面收進(jìn)的尺寸不大于該方向總尺寸的25%；3)樓層剛度不小于相鄰上層的70%，且連續(xù)三層總剛度降低不超過50%；4)房屋平面內(nèi)質(zhì)量分布和抗側(cè)力構(gòu)件布置基本均勻?qū)ΨQ。

(3)2001版抗規(guī)

規(guī)則性單獨(dú)成節(jié)，對(duì)平面和豎向規(guī)則性做了系統(tǒng)規(guī)定，在平面不規(guī)則中增加了扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)的規(guī)定，豎向不規(guī)則中增加了樓層承載力突變，并對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析做出了規(guī)定。同時(shí)，在抗震規(guī)范里首次提出了位移比的概念。

(4)2010版抗規(guī)

與2001版抗規(guī)中的要求基本一致，但對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的計(jì)算做出了更細(xì)化的規(guī)定。

78版抗規(guī)只有少量的定性要求，89版抗規(guī)從平面、豎向的尺寸開始做出規(guī)定，并對(duì)豎向剛度比做出了規(guī)定。從2001版抗規(guī)開始，關(guān)于規(guī)則性的規(guī)定更加系統(tǒng)，除定性要求外，增加了大量定量要求，并對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算分析做出了明確的規(guī)定。

隨著我國(guó)對(duì)于建筑的規(guī)則性認(rèn)識(shí)越來越深入，建筑的復(fù)雜程度越來越高，對(duì)于抗震技術(shù)的要求也越來越高。從歷次大地震的經(jīng)驗(yàn)來看，合理的建筑體型和結(jié)構(gòu)布置是保證建筑抗震性能的基礎(chǔ)。

由于規(guī)范的抗震措施、抗震超限的判斷和建筑的規(guī)則性相關(guān)，所以建筑的規(guī)則性判斷是抗震設(shè)計(jì)的前提，也是抗震概念設(shè)計(jì)的的重要內(nèi)容。

建筑的規(guī)則性包括平面規(guī)則性和豎向規(guī)則性。其中，豎向規(guī)則性的判斷較為客觀，工程師們基本都可得到相同的判斷結(jié)果。但對(duì)于平面規(guī)則性判斷，因建筑的造型和平面布置趨于復(fù)雜，面對(duì)同一個(gè)項(xiàng)目，往往不同工程師會(huì)有不同的判斷結(jié)果，在實(shí)際工作中也會(huì)有很大的分歧。結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性判斷等具體問題，筆者給出了自己的看法。

1 建筑結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性相關(guān)內(nèi)容

1.1 結(jié)構(gòu)平面

建筑的平面規(guī)則性判斷均是基于結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行判斷。對(duì)于各種各樣建筑平面特別是復(fù)雜平面，如何確定結(jié)構(gòu)平面是判斷規(guī)則性的前提。

一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系，一般由豎向構(gòu)件(柱、剪力墻、支撐等)和能夠?qū)ωQ向構(gòu)件提供有效約束的水平構(gòu)件(梁、板等)組成，水平構(gòu)件的投影外邊界線圍合成結(jié)構(gòu)平面。

一般情況下，結(jié)構(gòu)平面指豎向抗側(cè)力構(gòu)件圍合成的平面。但多數(shù)情況下，豎向抗側(cè)力構(gòu)件以外還有樓蓋，當(dāng)這部分樓蓋對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和水平剛度有貢獻(xiàn)時(shí)(圖1)，則結(jié)構(gòu)平面可算至樓蓋的外邊緣。

圖1 抗側(cè)力構(gòu)件以外樓蓋對(duì)建筑結(jié)構(gòu)整體性和水平剛度有貢獻(xiàn)示例

圖2 建筑結(jié)構(gòu)有多個(gè)代表性結(jié)構(gòu)平面示例

若一棟建筑體型沿豎向有變化，則平面也會(huì)有變化，確定該建筑的結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性時(shí)，一般以最具有代表性的平面作為結(jié)構(gòu)平面。若多個(gè)平面均有代表性(圖2)，可以認(rèn)為該建筑有多個(gè)結(jié)構(gòu)平面，對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)平面均應(yīng)進(jìn)行規(guī)則性判斷。

圖3 按樓板開洞考慮的深凹口平面

特別要注意的是，對(duì)于深凹口平面，即使在凹口處設(shè)置拉梁或者拉板，當(dāng)平面剛度不足時(shí)，拉板和凹型平面形成的整體平面不符合平面剛性樓板假定，結(jié)構(gòu)平面應(yīng)算至凹口內(nèi)，仍為凹進(jìn)平面。實(shí)際操作時(shí)，如果該處設(shè)置的拉板寬度不小于2m，且凹口寬度與拉板寬度之比不大于4，結(jié)構(gòu)平面可以算至拉板外側(cè)，可按樓板開洞考慮(圖3)，該處的拉板也可采用平面剛度等效的寬扁梁代替，連梁或者拉板應(yīng)按拉彎、壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。

1.2 凹凸不規(guī)則和樓板不連續(xù)

凹凸不規(guī)則和樓板不連續(xù)都是樓板寬度或者平面剛度的變化所導(dǎo)致的平面不規(guī)則，有時(shí)容易混淆，同一個(gè)平面，有人界定為凹凸不規(guī)則，有人界定為樓板不連續(xù)，可能會(huì)給平面規(guī)則性判斷帶來不一樣的結(jié)果。

圖4 凹凸不規(guī)則

圖5 樓板不連續(xù)

一般來說，凹凸不規(guī)則是從結(jié)構(gòu)平面的輪廓線判斷，是結(jié)構(gòu)平面的外形問題，而樓板不連續(xù)是結(jié)構(gòu)平面的內(nèi)部問題，如圖4為凹凸不規(guī)則，圖5為樓板不連續(xù)。

1.3 樓板的有效寬度

在住宅設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的情況：有些位置樓蓋寬度較小，該處卻又有大量的樓、電梯間等洞口。若計(jì)算樓板的有效寬度時(shí)扣除這些洞口，則會(huì)出現(xiàn)有效寬度過小而違反規(guī)范要求的情況。若不扣除，從道理上又說不過去。

在進(jìn)行平面規(guī)則性判斷時(shí)，為了便于操作，往往只考慮結(jié)構(gòu)的水平截面方向。事實(shí)上，任何一個(gè)房屋結(jié)構(gòu)都是三維的，都是空間受力結(jié)構(gòu)體系。對(duì)于該類樓、電梯間圍合的情況，如果洞口周圍都有抗震墻，即使水平開洞，該處的整體結(jié)構(gòu)剛度依然較大，可以有效傳遞水平地震作用。

因此，如果樓板開洞的四周由鋼筋混凝土整體墻、小開口墻或者聯(lián)肢墻圍合，甚至是深梁密柱，都可以認(rèn)為圍合較好，計(jì)算樓板的有效寬度時(shí)可按照不扣除洞口考慮。

1.4 凹凸不規(guī)則和組合平面

在2010版抗規(guī)中無組合平面的說法。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[5]中提到了細(xì)腰形和角部重疊平面。在《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》(建質(zhì)〔2015〕67號(hào))[6]中提到了組合平面，并明確包含細(xì)腰形和角部重疊平面。凹凸不規(guī)則平面和組合平面都屬于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平面。

凹凸不規(guī)則：平面凹凸的尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的30%(2010版抗規(guī))。

凹凸不規(guī)則是基于一個(gè)主體平面基礎(chǔ)上的凹凸，所以，判斷凹凸不規(guī)則時(shí)，首先確定結(jié)構(gòu)的主體平面，以主體平面以外的凹凸肢進(jìn)行凹凸不規(guī)則判定。圖6為T形平面的判斷。

圖6 T形平面示例

組合平面：一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)平面由幾個(gè)主體平面組合而成，包括細(xì)腰形和角部重疊平面。

工字形平面：中部?jī)蓚?cè)凹進(jìn)，其寬度小于兩側(cè)寬度的結(jié)構(gòu)平面，形狀類似“工”字。

細(xì)腰形平面：中部?jī)蓚?cè)凹進(jìn)，其寬度明顯小于兩側(cè)寬度的結(jié)構(gòu)平面，是工字形平面的特例，也可以認(rèn)為是兩個(gè)主體平面通過中部連接體組合而成的平面。

圖7 細(xì)腰形平面

對(duì)于細(xì)腰形平面，當(dāng)連接體兩端翼緣寬度不同時(shí)，采用連接體寬度和窄翼緣寬度之比進(jìn)行控制(圖7)。打個(gè)比方，人體的頭部和軀干通過脖子相連，只要脖子的直徑和頭部寬度達(dá)到一定比例，把頭和軀干連接在一起，就可以充分支撐頭部的重量。脖子粗細(xì)是相對(duì)于頭而言，而不是和肩部寬度相比。

角部重疊平面：由矩形平面、圓形平面等主體平面在角部重疊組成的結(jié)構(gòu)平面(圖8)。

圖8 角部重疊平面

角部重疊其實(shí)是細(xì)腰形的特例，可以認(rèn)為該處細(xì)腰的長(zhǎng)度為0，本質(zhì)是兩個(gè)主體平面的連接問題。因此，控制角部重疊平面本質(zhì)上是控制連接處的寬度(即細(xì)腰的寬度)，即連接處兩側(cè)連線的長(zhǎng)度。部分資料采用重疊部分面積比進(jìn)行控制過于復(fù)雜，有些情況下也不盡合理。為操作方便，《四川省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》(DB51/T 5058—2020)[7]按照水平和垂直方向重疊長(zhǎng)度分別控制，重疊部分的長(zhǎng)度均小于較小平面相應(yīng)方向邊長(zhǎng)的50%時(shí)才視為角部重疊。

1.5 環(huán)形平面、口字形平面

在教學(xué)樓、辦公樓、宿舍中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的建筑平面：周邊圍合、中部開孔，此為環(huán)形平面，或者口字形平面。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多時(shí)候直接按照2010版抗規(guī)中樓板不連續(xù)進(jìn)行判斷：即剩余樓板寬度小于總寬度的50%或者開洞面積大于結(jié)構(gòu)平面面積的30%。

該類建筑雖然中間開孔較大，但是樓蓋的實(shí)際剛度較好，可以有效地傳遞和分配水平力，優(yōu)于常規(guī)的樓板不連續(xù)情況，因此可以放寬限制。但是，有的資料完全不限制該類洞口尺寸也是不合理的。

實(shí)際操作中可以綜合考慮開洞率、樓板有效寬度和洞口每側(cè)樓板的長(zhǎng)寬比進(jìn)行控制?！端拇ㄊ】拐鹪O(shè)防超限高層建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》(DB51/T 5058—2020)借鑒了《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)中框架-剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)樓蓋的長(zhǎng)寬比進(jìn)行限制的思路，規(guī)定開洞一側(cè)樓蓋的長(zhǎng)寬比大于3或者內(nèi)徑大于外徑的60%，界定為樓板不連續(xù)，相比2010版抗規(guī)的開洞率放寬20%左右(圖9、圖10)。

圖9 口字形平面

圖10 環(huán)形平面

2 結(jié)語

平面不規(guī)則性的正確判斷，是抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是采取諸多抗震措施和抗震超限判斷的前提和依據(jù)。

由于現(xiàn)在建筑的造型和平面布置越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性的判斷在實(shí)際工作中常常給結(jié)構(gòu)工程師造成困擾。有時(shí)，一個(gè)復(fù)雜平面很難界定為哪一類型平面不規(guī)則，因此需要從多維度判斷，取不利結(jié)果。如圖8(d)中的圖形，貌似工字形、T形、Y形，或者常規(guī)的局部凸出型。但從樓蓋的整體性角度出發(fā)判斷，這個(gè)平面其實(shí)是三個(gè)主體平面的連接，角部重疊、凸出長(zhǎng)度和連接寬度之比和連接處樓板有效寬度是否足夠才是這個(gè)平面的核心問題。

總的來說，平面不規(guī)則問題，本質(zhì)上是樓蓋的平面內(nèi)剛度是否足夠、分塊樓板之間連接是否可靠有效的問題，因此，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)從這個(gè)原則出發(fā)，合理、正確判斷結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性，采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)措施，以保證結(jié)構(gòu)的安全性。