上海地區多層不規則建筑的結構設計要點

王治杳

（華東建筑設計研究院有限公司現代都市院，上海　200070）

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上海地區多層不規則建筑的結構設計要點

王治杳

（華東建筑設計研究院有限公司現代都市院，上海200070）

摘要：以上海市某商場建筑工程為例，對比分析了框架與框架—剪力墻兩種結構體系的計算結果，選出了適宜該建筑的結構類型，并針對結構選型確定后出現的問題，提出了解決對策，以確保建筑結構的安全性。

關鍵詞：建筑單體，框架結構，框架—剪力墻結構，抗震設計

0　引言

隨著經濟技術的發展，目前建筑市場對于建筑呈現越來越多樣化、復雜化的要求，導致產生越來越多的抗震不規則建筑。就建筑結構抗震性能而言，合理的建筑形體是頭等重要的。

1　工程背景

工程地點位于上海市長寧區，建筑高度20. 6 m。建筑地面以上共4層，地下設置2層地下室。工程的地上部分使用功能為商業，地下室的主要使用功能為停車庫和設備用房。建筑單體平面呈矩形，平面尺寸為52. 8 m×41. 1 m，柱距以8. 4 m為主。頂層為混凝土平頂層，平頂層上設置鋼結構構架坡屋頂。主要建筑平面見圖1。

2　工程設計過程

工程位于7度區，設計基本地震加速度值為0. 10g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅳ類，特征周期值取為0. 90 s。根據抗震規范6. 1. 14條的要求，確定本建筑單體取地下室頂板作為上部結構的嵌固端。該工程的主要不規則抗震不利點整理如下：

1）平面不規則中的樓板局部不連續。自2層平面起，中庭位置在各層均開有大洞，開洞的面積均大于該層樓面面積的30%。

圖1　建筑平面圖

2）豎向不規則中的豎向抗側力構件不連續。數個豎向構件收進于結構的屋頂層，并導致該層的多處框架存在單跨形式。

2.1選用框架結構的體型進行設計

出于經濟性和合理性的考慮，首先選用框架結構進行試設計。匯總主要計算結果見表1。

表1　框架結構計算結果匯總表

經過對該計算結果的觀察分析，結構在采用框架結構的情況下剛度比較薄弱，在限定截面的前提下很難滿足結構位移角、位移比等抗震要求。

2.2改用框架—剪力墻結構進行設計

試算設計表明框架結構并不是該類型建筑最合適的結構形式，擬重新采用框架—剪力墻的結構形式對建筑單體進行設計。匯總主要計算結果如表2所示。

表2　框架—剪力墻結構計算結果匯總表

經過對該計算結果的觀察分析，各結構主要構件尺寸控制較為理想，結構各項抗震相關參數均滿足現行規范要求。結構無嚴重不規則項產生，故認為本結構采用框架—剪力墻的結構形式是有效可行的。

2.3結構選型確定后問題

通過對比兩種不同結構形式的計算結果，得出框架—剪力墻體系相比于框架體系更適用于本建筑單體。因本建筑單體的體型不規則，在結構計算后發現結構仍存在以下問題：

1）扭轉不規則。本單體地震作用下最大層間位移比為1. 38，大于1. 2。

2）樓板不連續。本單體各標準層的中庭位置均開有大洞，有效樓板比例為41. 7%，小于50%。

3）豎向構件位置縮進。本單體屋頂層豎向構件收進，大于25%。

4）局部單跨。本單體屋頂層為單跨框架結構。

根據抗震規范3. 4. 1條文區分標準，此建筑單體主要抗震不規則項多于三個，屬于抗震特別不規則建筑。擬在設計中采用加強措施如下：

1）針對扭轉不規則。在計算中通過調整結構構件的截面尺寸，使剛度中心和質量中心靠攏，控制樓層位移比及層間位移比小于1. 5的限值。

2）針對樓板不連續。設計中不采用通常計算時的剛性樓板假定，在計算中改用彈性樓板計算。復核結構在設防地震下樓板的主拉應力下是否大于其混凝土抗拉強度標準值，判斷結構樓板在地震時傳導地震作用的性能。

除驗算樓板強度外，亦采用構造措施加強樓板。標準層樓板均加厚至130 mm，屋頂平板層加厚至150 mm。樓板配筋適當放大，各層配筋雙層雙向拉通。洞口邊的邊梁加大截面提高高度，增加全樓的整體性。

3）針對豎向構件縮進。采用構造措施對結構不利位置進行加強，復核縮進位置結構豎向構件的計算長度，并加強結構頂層的豎向構件配筋。

4）針對局部單跨。考慮單跨框架結構抗震較為不利，屋頂層全層的地震剪力適當放大。

3　結語

對本類建筑進行分析后得出以下結論：

1）決定7度區多層建筑主要結構構件尺寸的因素是地震下結構承受水平力的需要，風荷載起到的作用很少。在此類房屋設計中，應著重加強對于結構抗震性能的驗算。風荷載的作用可不在初步設計中考慮，而只在完成抗震設計后予以復核，達到加快結構設計工作目的。

2）多層建筑的結構體型可采用框架或框架—剪力墻結構。對于商場建筑，以往設計方案往往直接采用框架體系。通過分析表明，適當在合理建筑位置布置剪力墻采用框架—剪力墻結構較之框架結構在建筑抗震不規則的情況下更為有利。結構的選型不應當被簡單思維定勢所限制，應當充分考慮設計建筑單體的實際情況，必要時比對多種結構形式能更合理地完成設計工作。

3）驗證了對于抗震不規則項較多（主要不規則項不少于三個）的多層建筑，此類建筑在地震作用下的反應較復雜、結構本身的抗震性能較弱，應適當加強此類結構的抗震設計。

4）存在樓板開大洞的框架—剪力墻結構，因樓板在其抗震中起的作用較復雜重要，應當在設計過程中對樓板進行加強。提出考慮不將樓板簡單地視作剛體而采用彈性樓板假定進行計算，考察樓板在設防地震下主拉應力是否大于樓板混凝土的抗拉強度標準值，驗證樓板能否在地震作用下起到協調整樓變形的作用。

參考文獻：

［1］楊偉，曾波.某研發中心彈性樓板應力分析［J］.江蘇建筑，2014（S1）：20-22.

［2］鄔勇偉.不規則多層建筑抗震設計［J］.中國建材科技，2014 （S1）：56-57.

On structural design for multi-story irregular buildings in Shanghai area

Wang Zhiyao
（Modern Metropolis College，East China Architectural Design and Research Institute，Shanghai 200070，China）

Abstract：Taking some shopping mall project in Shanghai as the example，the paper has the comparative analysis of the calculation results of framework and framework-shearing wall structural system，selects the structural types for the building，and points out the solutions according to some problems after the identification of the structural types，so as to ensure the safety of the architectural structure.

Key words：single building，framework structure，framework-shearing wall structure，seismic design

中圖分類號：TU318

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0061-03

收稿日期：2016-01-17

作者簡介：王治杳（1989-），男，助理工程師