地震工況下樓板及梁軸向應力分析

吳延峰

(上海天華建筑設計有限公司，上海 200235)

地震工況下樓板及梁軸向應力分析

吳延峰

(上海天華建筑設計有限公司，上海 200235)

結合工程實例，對樓板弱連接的中庭連橋區域采用連橋鋼梁與懸挑混凝土梁鉸接的方式進行了加強，并分別在多遇地震和設防地震工況下對樓板及梁的軸向應力進行了驗證，達到了抗震的效果。

多遇地震，設防地震，軸向應力

1 概況

本項目位于上海市閔行區城市主干道漕寶路和七莘路的交叉口，東面為民主路，西面為青年路。總建筑面積237 140 m2(其中地上127 436 m2，地下109 703 m2)。建筑結構地上5層，全部為商業空間，包括百貨、超市、出租店鋪、KTV、游樂城、影院、餐飲等多種業態。地下3層，地下一層以商業空間為主，且在北側、西側與地鐵相連。地下二、三層為地下停車場，且地下三層局部設人防防護單元，地下三層每層均設一定面積的設備用房。地上部分主要屋面高度為27．215 m，局部電影院屋面高度為32．615 m，綜合考慮對本建筑物認定為高層建筑結構。結構的設計使用年限為50年。建筑場地基本平整，場地室外地坪設計標高確定為5．085 m，建筑物室內地坪+0．00標高確定為5．100 m，室內外高差為0．015 m。主體結構采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系(局部屋面采用鋼結構)，具體情況如表1所示。

表1 框架結構體系參數表

2 針對樓板弱連接區域的加強措施

樓板：本建筑在上部結構每層中庭有大面積的樓板開洞情況，把建筑物分為左右兩塊，靠中庭四條連廊和北、西兩側樓板相連，該區域(向內延伸一跨)的樓板厚度加厚至250 mm，并將采取雙層雙向加大配筋，由于平面面積較大，考慮一般樓板也設計為150 mm，以提高結構的整體協調性。

本工程中明顯存在樓板弱連接的區域，即每層中庭連橋區域。結合減輕自重、施工可行性、樓面超長等綜合因素，結構布置上采用連橋鋼梁與懸挑混凝土梁鉸接的方式［1，2］，為保證整體傳力，樓面仍然采用壓型鋼板做模板的鋼筋混凝土板。但樓面的設計過程中在一般樓板150 mm厚度的基礎上，將連廊部位(向內延伸一跨)的板厚增加到250 mm，通過ETABS和PMSAP的地震計算，計算結果也驗證了這一區域的確需要加強。

對于每層樓板開大洞位置采用彈性樓板假定，進行中震作用下的有限元分析，計算結果顯示樓板的壓應力及剪應力均小于混凝土材料的強度。表明，在中震作用情況下處于彈性狀態，具有一定的安全儲備。考慮到出混凝土屋面上還有鋼結構構架，鋼柱腳無法與結構梁、柱對齊，考慮增加屋面板厚度至200 mm，并雙層雙向配筋，可以有效增加結構整體性。

3 多遇地震工況

在小震作用下，一般區域樓板的主拉應力都基本在0．2 MPa以下，非常小。但是連橋區域相比較而言應力大了不少，不過由于樓板厚度加大到250 mm，所以仍然控制最大主拉應力0．6 MPa左右。以上計算值均小于樓板混凝土強度C35的抗拉強度設計值，說明在多遇地震下，目前樓板中除抗彎鋼筋外可以不配額外鋼筋就可以抵御小震的影響［3，4］。在多遇地震作用下第二層板應力見圖 1，圖 2。

圖1 多遇地震作用下二層樓面x向主拉應力

圖2 多遇地震作用下二層樓面y向主拉應力

在小震作用下，一般區域梁的最大拉力為47 kN左右，也很小。同樣最大梁拉應力發生在連橋部位，最大拉應力達300 kN左右。

如果按照梁內受彎鋼筋完全不參與抗拉，47 kN的梁需要的額外配筋率為：EW%=47×1 000/400/800/fy=0．036 7%。考慮到腰筋(按每側0．1%)在抗拉中起到的作用，基本可以忽略一般區域在小震工況下的梁內拉力(此處暫未考慮承載力抗震調整系數0．85的有利作用)。連橋區域鋼梁，按性能設計原則將由中震控制，典型截面為H900×300×18×34，小震時拉應力估算為8．48 N/mm2，遠小于鋼材強度。圖3，圖4是二層梁的軸向拉力分布圖。

4 設防地震工況

在中震作用下，一般區域樓板的主拉應力都基本在1．4 MPa以下，仍然小于樓板混凝土強度C35的抗拉強度設計值。連橋樓板在中震下應力基本上都小于2．0 MPa，表2羅列了中震下每層在各處連橋樓板應力的最大值，以及不考慮受彎鋼筋受拉情況下需要配置的額外板內縱筋配筋率。

圖3 多遇地震作用下二層梁軸向x向主拉應力

圖4 多遇地震作用下二層梁軸向y向主拉應力

表2 中震下連橋樓板最大主拉應力及附加最大配筋率

根據以上分析和計算結果可知，樓板在增配了適量加強縱向鋼筋的前提下，可以保證連橋樓板在中震下彈性［5，6］。

連橋鋼梁在中震下軸向力較之小震工況下有大幅提高，現以第四層為例，連橋鋼梁內力統計見表3。連橋位置示意圖見圖5。

圖5 連橋位置示意圖

表3 四層中震下連橋鋼梁最大軸向拉力及梁應力

總體來說，對于Q345B的鋼材強度來說，中震下產生的連廊鋼梁軸向拉應力并不大，為保證連橋中震下彈性，組合了鋼梁在中震下受彎、受拉的組合應力，鋼梁的應力比可以控制在0．85以下，同時在施工圖設計中須加強鋼梁節點。

［1］王 奇，樓文娟，王亞勇，等．招商銀行上海大廈連橋部分彈塑性時程分析［J］．建筑技術，2010，41(1)：23-24．

［2］尹 超，周 穎，呂西林．上海國際設計中心超限高層結構抗震設計［J］．振動與沖擊，2003，22(1)：18-19．

［3］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］．

［4］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］．

［5］周 穎，呂西林．中震彈性設計與中震不屈服設計的理解及實施［J］．結構工程師，2008，24(6)：47-48．

［6］ASCE/SEC41-46 Seismic Rehabilitation of Existing Buildings［S］．USA：American Society of Civil Engineers，2007．

Stress analysis on floor slab and beam axial under seismic condition

WU Yan-feng

(Shanghai Tianhua Architectural Design Limited Company，Shanghai 200235，China)

Combining with the engineering example，the paper strengthened the ways of atrium connecting bridge area using bridging steel beam and cantilever concrete bridge hinged in floor weak link，and respectively verified the axial stress of floor slab and beam under frequent earthquake and earthquake resistance working condition．

frequent earthquake，earthquake resistance，axial stress

TU375．4

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.113

1009-6825(2013)10-0037-02

2013-01-27

吳延峰(1980-)，男，工程師