關(guān)于商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗震問題的探討

【關(guān)鍵詞】高層結(jié)構(gòu)；抗震性能目標(biāo)；搭接柱轉(zhuǎn)換；結(jié)構(gòu)設(shè)計 

　　一、工程簡介 

　　某工程為位于城市中心的一棟高層商住樓，地下2層，地上23層，其中地上層1～4為商場，樓層5為公寓會所，樓層6～23為住宅樓，總高約為80.2m。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，本工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度（第一組），設(shè)計基本地震加速度為0.05g；建筑抗震設(shè)防分類：建筑為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑；建筑場地類別為Ⅲ類。 

　　二、大樓結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 

　　1　結(jié)構(gòu)選型設(shè)計 

　　建筑塔樓平面接近方形，外圍長寬均為61.2m，每邊相接寬度均為10m左右，中部開洞面積接近20%。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，利用垂直交通系統(tǒng)，在塔樓四角均適當(dāng)設(shè)置剛度較大的鋼筋混凝土抗震墻體，并在方字形的每邊均設(shè)置少量墻體，作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，結(jié)構(gòu)平面豎向構(gòu)件布置基本規(guī)則、對稱。圖1為塔樓結(jié)構(gòu)平面及剖面布置，其中主框架梁為510×620，主要柱斷面為600×1000，主要抗震墻厚度為30～45cm，柱、墻混凝土強(qiáng)度等級為C50～C30，其余為C30。 

　　住宅部分的結(jié)構(gòu)有躍層，且躍層上層開洞較多，具有較多樓板不連續(xù)的建筑特點，塔樓層6～23每兩層設(shè)一層主框架，在每層主框架間設(shè)置躍層次結(jié)構(gòu)，即在主框架上設(shè)梁上小柱，支承夾層次結(jié)構(gòu)梁板，形成層間主次結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑使用凈高的要求， 

　　本工程的次結(jié)構(gòu)層采用無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)布置形式。為滿足裙房商業(yè)的柱網(wǎng)規(guī)整的需要，部分柱在裙房頂層采用搭接柱轉(zhuǎn)換。 

　　2　結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的預(yù)期性能目標(biāo) 

　　本工程由于存在部分搭接柱轉(zhuǎn)換，塔樓采用主次樓層的結(jié)構(gòu)形式，部分樓層還存在樓板不連續(xù)的情況，屬復(fù)雜高層建筑。設(shè)計時采取了基于性能的抗震設(shè)計和比現(xiàn)行規(guī)范要求更為嚴(yán)格的抗震措施。經(jīng)與建設(shè)方及相關(guān)抗震審查部門商定，本工程抗震設(shè)計的預(yù)期性能目標(biāo)如下：1）在小震下，結(jié)構(gòu)滿足彈性設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力和結(jié)構(gòu)層間位移及位移比、周期比均滿足規(guī)范要求；2）在中震下，結(jié)構(gòu)的主要豎向構(gòu)件（主要的抗震墻、柱）處于彈性工作狀態(tài)；3）在大震下，結(jié)構(gòu)重要部位的豎向構(gòu)件（搭接柱）不屈服，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析，允許有些選定部位的構(gòu)件（次樓層水平構(gòu)件）達(dá)到屈服階段，但滿足變形限制要求，不發(fā)生剪切等脆性破壞，各節(jié)點滿足延性要求。 

　　3　采取的主要抗震措施 

　　采取的主要抗震措施如下：1）提高重要部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級，局部有轉(zhuǎn)換的框架抗震等級提高為一級；2）對搭接柱轉(zhuǎn)換的節(jié)點進(jìn)行應(yīng)力分析校核，加強(qiáng)構(gòu)造措施；3）各層主框架的柱、墻構(gòu)件均按中震彈性進(jìn)行設(shè)計；4）提高底部加強(qiáng)區(qū)抗震墻的分布筋配筋率，提高約束邊緣構(gòu)件的體積配箍率；5）加大轉(zhuǎn)換層（層5）的樓板厚度及配筋率，以確保樓蓋的整體性。 

　　4　搭接柱轉(zhuǎn)換的設(shè)計 

　　工程在層4樓面有9根柱采用搭接柱轉(zhuǎn)換，水平轉(zhuǎn)換距離約為1.5m。若采用轉(zhuǎn)換大梁來完成如圖2所示的柱網(wǎng)變化，樓板受力較少，轉(zhuǎn)換梁承受很大的彎矩和剪力，將造成轉(zhuǎn)換梁斷面過大，材料浪費(fèi)，同時轉(zhuǎn)換層的凈高降低；另一方面，由于轉(zhuǎn)換梁剛度大，造成結(jié)構(gòu)豎向剛度突變，對抗震不利；而采用搭接柱轉(zhuǎn)換的鋼筋混凝土材料用量少、轉(zhuǎn)換層建筑空間可充分利用，上下層沿豎向剛度變化小。 

　　經(jīng)內(nèi)力分析，由于搭接柱層錯位對豎向力的影響，搭接柱樓面梁內(nèi)產(chǎn)生拉力，此拉力通過梁、板傳到抗側(cè)力構(gòu)件上，使抗側(cè)力構(gòu)件產(chǎn)生附加水平力�？紤]搭接柱上下樓層相應(yīng)位置樓板及梁中均承受較復(fù)雜的拉壓應(yīng)力，對搭接柱上下層樓面樓板厚度均取15cm，相應(yīng)跨和相鄰跨的上下層的配筋率均不小于0.6%。搭接柱轉(zhuǎn)換節(jié)點除采用SATWE，PMSAP進(jìn)行整體分析外，還采用SATWE的框支剪力墻有限元分析程序FEQ軟件進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)充分析計算。 

　　5躍層上層的次結(jié)構(gòu)層無梁樓蓋設(shè)計 

　　本工程上部為躍層疊加式公寓樓，由于建筑使用凈高的要求，層8～22間的偶數(shù)層設(shè)置為次結(jié)構(gòu)層，采用無梁樓蓋，僅在方形的內(nèi)外周布置框架梁，形成了主結(jié)構(gòu)的框架-剪力墻體系，及相間 

　　次結(jié)構(gòu)層的板柱結(jié)構(gòu)，無梁樓蓋的樓板厚度均取16cm。 

　　公寓樓的次結(jié)構(gòu)無梁樓蓋柱網(wǎng)尺寸變化大、不規(guī)則，不能采用直接法及一般等代框架法計算，因此在框架-剪力墻用SATWE及PMSAP整體分析的基礎(chǔ)上，對無梁板采用SATWE中的“復(fù)雜樓板有限元計算”SLABCAD模塊進(jìn)行樓板的應(yīng)力計算分析。 

　　三、結(jié)論 

　　（1）本工程部分柱采用搭接柱轉(zhuǎn)換，材料用量少、轉(zhuǎn)換層建筑空間可充分應(yīng)用，上下層沿豎向剛度變化小。 

　�。�2）結(jié)合住宅有躍層，且躍層上層開洞較多、樓板不連續(xù)的建筑特點，塔樓每兩層設(shè)一層主框架，在每層主框架間設(shè)置躍層次結(jié)構(gòu)，即在主框架上設(shè)梁上小柱，支承夾層次結(jié)構(gòu)梁板，形成層間主次結(jié)構(gòu)，次結(jié)構(gòu)層采用無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)布置形式，可滿足建筑凈高要求。 

　�。�3）本工程屬復(fù)雜高層建筑。設(shè)計時采取了基于性能的抗震設(shè)計方法。經(jīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行多模型的彈性分析和時程分析，結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和性能均能達(dá)到結(jié)構(gòu)的預(yù)期性能目標(biāo)和規(guī)范要求。