本篇主要介紹高烈度多層框架結(jié)構(gòu)錯(cuò)層時(shí)如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及如何正確地分析電算結(jié)果，必要時(shí)應(yīng)手算校核使其滿足規(guī)范及實(shí)際設(shè)計(jì)要求。
前段時(shí)間設(shè)計(jì)一框架結(jié)構(gòu)售樓處，根據(jù)建筑使用功能要求，地上部分主要有三大塊功能分區(qū)：沙盤展廳部分為通高一層，層高10.1m；休息洽談及內(nèi)部辦公區(qū)域分為兩層，層高分別為5.6m和4.5m；樣板間分為三層，層高為3.6x2+3.15m（此部分頂層為坡屋面）；故形成錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，局部平剖面見圖1和圖2。
項(xiàng)目所在地區(qū)抗震烈度分別為8度（0.20g），一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，丙類設(shè)防。地下一層為車庫(kù)，運(yùn)用PKPM進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。
圖1 建筑二層平面布置圖
圖2 建筑剖面
結(jié)構(gòu)的難點(diǎn)和重點(diǎn)
工程規(guī)�？此坪苄�，但是平面和豎向均不規(guī)則，無(wú)論躍層柱還是錯(cuò)層可均歸納為樓板局部不連續(xù)，進(jìn)而引起樓層側(cè)向剛度和抗剪承載力存在突變。使用pkpm軟件進(jìn)行計(jì)算，躍層柱屬于很普遍的情況，主要注意正確定義柱子的計(jì)算長(zhǎng)度，而錯(cuò)層屬于比較復(fù)雜的情況，也是本工程的難點(diǎn)，按照慣例和個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)，個(gè)人建議計(jì)算錯(cuò)層一般按以下情況對(duì)待：當(dāng)錯(cuò)層部位相鄰高差不大于樓層樓層普遍梁高且不大于600mm時(shí)，按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層計(jì)算，其余情況則應(yīng)增加標(biāo)準(zhǔn)層來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)計(jì)算中的問(wèn)題和原因
明確計(jì)算方法，我們按部就班進(jìn)行pkpm建模計(jì)算，由于錯(cuò)層和坡屋面的原因，模型分為6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，層高依次為4.8（地下）+3.6+1.8（最先方案）+1.8+2.9+3.15（坡屋面），根據(jù)建筑圖按常規(guī)輸入各構(gòu)件及荷載計(jì)算，查看計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：
整體指標(biāo)方面：地下一層和頂層坡屋面層除外，其余各標(biāo)準(zhǔn)層存在相鄰樓層側(cè)向剛度比和抗剪承載力之比不滿足規(guī)范的情況，層間位移角Y方向?yàn)?/529，大于1/550，位移比1.30。
配筋方面：錯(cuò)層處框架柱剪壓比在第一第二標(biāo)準(zhǔn)層超限。
原因分析：計(jì)算時(shí)為了模擬真實(shí)的受力情況，我們將錯(cuò)層兩側(cè)按照兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層來(lái)輸入，形成個(gè)別樓層層高較小，如第三層為1.8m，與首層3.6m相差很大，造成剛度和抗剪承載力相差過(guò)大；錯(cuò)層柱剪壓比超限也由此而引起。
解決方法
明確問(wèn)題產(chǎn)生原因，下一步我們就努力減小由于層高差距引起的剛度突變。
在最大化滿足建筑使用的前提下，我們把首層休息辦公區(qū)域?qū)痈咛Ц?00mm（樣板間部分3.6m不能變化），即最終的三四標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.0m+1.6m，其次加大第三標(biāo)準(zhǔn)層框架梁梁高及梁寬來(lái)增加剛度（優(yōu)選梁高，但往往梁高受限，本工程框架柱為700x700，根據(jù)建筑要求也不可加大），同時(shí)降低下層結(jié)構(gòu)剛度，如減小部分框架梁梁高。
錯(cuò)層柱超限可通過(guò)減小截面削弱其剛度，降低所受地震力，但同時(shí)考慮Y向位移角不足，采取加大此排框架柱尺寸至800x800。
根據(jù)上述方法，又對(duì)個(gè)別細(xì)節(jié)部位構(gòu)件反復(fù)調(diào)整計(jì)算，結(jié)果顯示側(cè)向剛度比、抗剪承載力之比和層間位移角（最大為1/607<1/550）, 最大位移比為Y-偶偏下為1.26，均滿足規(guī)范要求，錯(cuò)層柱不再超限。
容易忽略的重要指標(biāo)復(fù)核
計(jì)算到這里，查看pkpm結(jié)果各項(xiàng)都滿足規(guī)范就開始進(jìn)行繪圖工作為時(shí)尚早。
這里還要清楚一點(diǎn)，錯(cuò)層結(jié)構(gòu)建模中人為的增加了大量的標(biāo)準(zhǔn)層，造成計(jì)算中跨層部分位移角和位移比結(jié)果失真，不能區(qū)別真實(shí)樓層與計(jì)算樓層的關(guān)系，故必須對(duì)實(shí)際高度進(jìn)行手算補(bǔ)充校驗(yàn)。詳細(xì)介紹可參照《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析》第3.6.3條，針對(duì)本工程需要對(duì)標(biāo)高5.6m（休息辦公區(qū)域頂板處，層高5.6m）、標(biāo)高7.2m（二層樣板間頂板處，層高3.6m）和標(biāo)高10.1m（二層辦公區(qū)域頂板處，層高4.5m）進(jìn)行校核，位移角校核見下表1，位移比校核見表2（鑒于篇幅限制，表2只列出X+和Y-兩個(gè)方向中位移比最大的一組數(shù)據(jù)）。
表1.1
表1.2
表2.1
表2.2
通過(guò)上表可以看出，手算補(bǔ)充結(jié)果中位移角最大值為Y向7.2m標(biāo)高處，1/616<1/550,滿足規(guī)范要求，但我們注意下與pkpm計(jì)算結(jié)果里面7.2m標(biāo)高處比較，1/616>1/632,所以補(bǔ)充驗(yàn)算是必要的也是必須的。位移比最大值1.25為Y-標(biāo)高7.2m處，也滿足我們的計(jì)算要求。
一些構(gòu)造措施
到這里我們的方案和計(jì)算已基本完成，開始施工圖繪制。本工程雖然屬于多層框架，但錯(cuò)層受力復(fù)雜，我們?nèi)匀豢梢詤⒄铡陡咭?guī)》第10.4節(jié)內(nèi)容，錯(cuò)層柱提高抗震等級(jí)，箍筋全高加密，同時(shí)為了提高錯(cuò)層柱延性，參照《抗規(guī)》第6.3.6條文說(shuō)明，錯(cuò)層柱內(nèi)設(shè)置核芯柱，如圖2；錯(cuò)層兩側(cè)樓板定義彈性膜計(jì)算，板厚最小120mm，配筋雙層雙向。
引申和結(jié)論
現(xiàn)在隨著建筑功能的多樣化，對(duì)結(jié)構(gòu)工程師的要求也越來(lái)越高，對(duì)結(jié)構(gòu)方案和軟件計(jì)算的分析和判斷尤為重要。不能機(jī)械的只運(yùn)用計(jì)算機(jī)，只要電算結(jié)果不超限就認(rèn)為方案可行甚至合理，也要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)必須手算補(bǔ)充驗(yàn)算，確保工程安全！
圖2 錯(cuò)層柱內(nèi)置芯柱大樣圖
