關于商住樓結構設計及抗震問題的探討

【摘 要】本文論述了某工程的特點和結構設計概況，設計時采取了基于性能的抗震設計，并提出了有效的抗震措施。經對結構行多模型的彈性分析及過程分析可得，其工作狀態和性能均能達到預期性能目標和規范要求。以下可供參考！

【關鍵詞】高層結構；抗震性能目標；搭接柱轉換；結構設計

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。建筑結構安全等級為二級，結構設計使用年限為50年，本工程結構抗震設防烈度為6度（第一組），設計基本地震加速度為0.05g；建筑抗震設防分類：建筑為標準設防類建筑；建筑場地類別為Ⅲ類。

二、大樓結構設計分析

1 結構選型設計

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%。結構設計時，利用垂直交通系統，在塔樓四角均適當設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置少量墻體，作為主要抗側力構件，結構平面豎向構件布置基本規則、對稱。圖1為塔樓結構平面及剖面布置，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、墻混凝土強度等級為C50～C30，其余為C30。

住宅部分的結構有躍層，且躍層上層開洞較多，具有較多樓板不連續的建筑特點，塔樓層6～23每兩層設一層主框架，在每層主框架間設置躍層次結構，即在主框架上設梁上小柱，支承夾層次結構梁板，形成層間主次結構。根據建筑使用凈高的要求，

本工程的次結構層采用無梁樓蓋的結構布置形式。為滿足裙房商業的柱網規整的需要，部分柱在裙房頂層采用搭接柱轉換。

2 結構抗震設計的預期性能目標

本工程由于存在部分搭接柱轉換，塔樓采用主次樓層的結構形式，部分樓層還存在樓板不連續的情況，屬復雜高層建筑。設計時采取了基于性能的抗震設計和比現行規范要求更為嚴格的抗震措施。經與建設方及相關抗震審查部門商定，本工程抗震設計的預期性能目標如下：1）在小震下，結構滿足彈性設計要求，結構構件的抗震承載力和結構層間位移及位移比、周期比均滿足規范要求；2）在中震下，結構的主要豎向構件（主要的抗震墻、柱）處于彈性工作狀態；3）在大震下，結構重要部位的豎向構件（搭接柱）不屈服，對結構進行非線性分析，允許有些選定部位的構件（次樓層水平構件）達到屈服階段，但滿足變形限制要求，不發生剪切等脆性破壞，各節點滿足延性要求。

3 采取的主要抗震措施

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

4 搭接柱轉換的設計

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

經內力分析，由于搭接柱層錯位對豎向力的影響，搭接柱樓面梁內產生拉力，此拉力通過梁、板傳到抗側力構件上，使抗側力構件產生附加水平力。考慮搭接柱上下樓層相應位置樓板及梁中均承受較復雜的拉壓應力，對搭接柱上下層樓面樓板厚度均取15cm，相應跨和相鄰跨的上下層的配筋率均不小于0.6%。搭接柱轉換節點除采用SATWE，PMSAP進行整體分析外，還采用SATWE的框支剪力墻有限元分析程序FEQ軟件進行應力補充分析計算。

5躍層上層的次結構層無梁樓蓋設計

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間的偶數層設置為次結構層，采用無梁樓蓋，僅在方形的內外周布置框架梁，形成了主結構的框架-剪力墻體系，及相間

次結構層的板柱結構，無梁樓蓋的樓板厚度均取16cm。

公寓樓的次結構無梁樓蓋柱網尺寸變化大、不規則，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整體分析的基礎上，對無梁板采用SATWE中的“復雜樓板有限元計算”SLABCAD模塊進行樓板的應力計算分析。

三、結論

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

（2）結合住宅有躍層，且躍層上層開洞較多、樓板不連續的建筑特點，塔樓每兩層設一層主框架，在每層主框架間設置躍層次結構，即在主框架上設梁上小柱，支承夾層次結構梁板，形成層間主次結構，次結構層采用無梁樓蓋的結構布置形式，可滿足建筑凈高要求。

（3）本工程屬復雜高層建筑。設計時采取了基于性能的抗震設計方法。經對結構進行多模型的彈性分析和時程分析，結構的工作狀態和性能均能達到結構的預期性能目標和規范要求。