關于高層建筑底層穿層柱結構設計探討

文/彭志奇 廣東博意建筑設計院有限公司 廣東佛山 528312

對首層局部有穿層柱高層建筑結構設計時,是否作為超限審查局部不規則的一項以及如何對進行結構設計存在不同的看法。現筆者結合工程實際例子，簡述實際工作中如何設計穿層柱結構。

首先我們來判斷穿層柱是否屬于超限高層不規則的一項，住房城鄉建設部建質[2015]67 號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》[1]文中，對穿層柱是否屬于不規則一項有明確定義，附件1 表2：第7 項局部不規則類型簡要涵義：如局部的穿層柱、斜柱、夾層、個別構件錯層或轉換，或個別樓層扭轉位移比略大于1.2 等，即穿層柱屬于不規則一項。注中明確：局部的不規則，視其位置、數量等對整個結構影響的大小判斷是否計入不規則的一項。說明應視其數量等對整個結構有多大的影響來判斷是否為不規則一項，并不是說只要出現穿層柱，就認為是不規則項，這樣對于高層建筑容易出現三項不規則，要按超限高層審查要點進行超限審查。設計時應該對建筑結構進行認真分析，看設置穿層柱和不設置穿層柱對整個結構有多大的影響，來判斷是否計入不規則的一項。

現以實際例子簡要說明有穿層柱設計思路，與大家一起探討。某項目場地設防烈度7度 0.1g，場地類別Ⅲ類，對抗震校不利，房屋30層房屋高度87.30m，建筑物北面兩單元二層未設結構板，首層局部存在穿層柱，符合《超限高層審查技術要求》[1]表2第7 項，屬于局部不規則。受建筑平面布置影響，經盈建科軟件分析，在規定水平力作用下考慮偶然偏心作用下，扭轉位移比超1.2，根據《建筑抗震設計規范》[2]表3.4.3-1，屬于扭轉不規則結構。根據《建筑抗震設計規范》[2]表3.4.3-1，L/Bmax=12.6/33.06=0.38＞0.35，平面凹進尺寸大于相應投影方向總尺寸30%，屬于凹凸不規則結構。經分析可知，該棟樓具有《超限高層審查要求》[1]中兩條，加上局部穿層柱不規則，有三條超限，要進行超限審查。根據《超限高層審查要求》[1]表2注說明，現就本項目穿層柱對整個結構影響大小進行分析，判斷穿層柱對房屋結構影響到底有多大，從而來判斷穿層柱是否屬于局部不規則項。如能判定穿層柱對整個結構影響不大，就不屬于局部不規則項，從而可以判定該建筑只有二項超限，可以免去不必要的超限審查。現用二個不同的模型來對比，分析穿層柱的影響大小，按沒有穿層柱與有穿層柱兩個模型來進行各種參數對比，先對二者側向剛度、層剪力對比如下表所示：

表1 側向剛度和層剪力對比

表2 位移角和扭轉位移比對比

由表1、表2可知，側向剛度、層剪力、位移角、扭轉位移比等參數二者差別不大，對房屋整體結構影響不大，也就是說設置穿層柱沒有形成薄弱層，沒有造成建筑物扭轉特別不規則，因此可以按《超限高層審查要求》[1]表2注說明判斷，不屬于局部不規則。則該棟樓只有二項不規則，不需要超限審查。

為了加強措施，對底部加強部位補充按性能目標C 級，性能水準為3 水準進行抗震性能設計，即中震不屈服對其進行驗算。《高規》[3]第3性能水準的結構在設防烈度地震或預估的罕遇地震作用下，保證關鍵構件及普通豎向構件的正截面承載力應符合中震承載力不屈服，滿足中震可修，大震不到三水準設計原理。對穿層柱構件按性能設計，通過軟件分析，墻柱配筋僅有部分增大，樓層梁的配筋普遍有增加，對整個造價增加不多，但結構確經濟，安全。

結語：

通過以上分析，結構側向剛度，受剪承載力變化不大，沒有形成薄弱層，本工程穿層柱不屬于結構不規則項，可以不用超限審查。同時對底部加強部位補充中震情況下第3 性能設計（中震不屈服）驗算，使結構經濟合理，安全可靠。