淺談結構樓板開洞引起的穿層柱設計方法

張丹丹

江蘇省建設工程設計院有限公司 江蘇南京 211100

結構設計時，如有樓板開洞、穿層柱造成的結構平面不規則情況應引起重視，尤其近年來我國發生多次地震自然災害，08年汶川地震及10年玉樹地震災后調查顯示，樓板開洞、穿層柱在地震中的破壞較大，本文根據工程實例，對樓板開洞引起的穿層柱進行分析總結，為今后的設計積累一些設計經驗。

1 工程概況

本工程為濟南商河通用機場建設工程綜合業務樓，項目地點地形稍有起伏，擬建場區地貌單元為黃河沖積平原，附近主要斷裂有陵縣斷裂、惠民斷裂和齊河－廣饒斷裂。建筑場地類別為Ⅲ類建筑場地。依據《山東省建設工程抗震設防條例》，濟南市新建房屋建筑及市政工程項目應按不低于地震烈度7度進行抗震設防，相應設計基本地震加速度值為0．10g。

本項目總建筑面積6552．28平方米。綜合樓建筑高度18m（室外地坪到女兒墻墻頂），地上三層；一層高為6．0m、二、三層高均為4．5m，室內外高差0．15m。建筑結構形式為鋼筋混凝土框架結構。軸線尺寸81m×36m。

本工程由航站區、貴賓休息區、辦公區等組成。平面布局中，一層大廳通高設計，一直到屋面，造成每層樓板開洞面積約為50%，同時外圍兩排框架柱為穿層柱[1]。

結構構件布置，x向外圍框架柱截面大小為1000x1300，y向外圍框架柱截面大小為800x1000，內部框架柱截面大小為600x600，外圍框架梁截面大小為600x800，內部框架梁截面大小為300x750等，框架柱混凝土強度等級C35，框架梁、現澆板混凝土強度等級C30。

2 結構分析

本次結構設計采用盈建科建筑結構計算軟件YJK-A進行整體分析計算。綜合業務樓結構形式采用混凝土框架結構，采用現澆鋼筋混凝土梁板柱體系。結構整體分析模型分兩個模型計算，一是在多遇地震下的結構整體分析，二是由于穿層柱處于門廳且為外圍框架柱，故對穿層柱關鍵構件進行中震彈性分析，以提高穿層柱的抗震安全性，做為結構的安全儲備。最后對大跨空間框架柱抽取一榀按排架進行復核包絡設計。

結構兩個模型中的設計控制參數的取用：根據《建筑抗震設防分類標準》，綜合業務樓抗震設防分類標準定為乙類，安全等級定為一級，故抗震等級提高一級，按二級進行計算，由于綜合樓部分跨度大于18米，故相應的框架柱、梁抗震等級按一級計算，由于樓板開洞面積大于50%，屬于平面不規則，計算中不采用樓板剛性假定，樓板按彈性板計算。

多遇地震模型參數按常規設置。中震彈性模型計算參數設置，不考慮風荷載；除穿層柱外，抗震等級按四級考慮；不考慮偶然偏心、雙向地震；地震影響系數調為0．23；不進行剪重比的內力調整，不判斷薄弱層，但作用分項系數保留，增加結構的安全儲備[2]。

計算結果顯示，多遇地震下無薄弱層；與上層受剪承載力比值都大于0．8；第一扭轉周期與第一平動周期比值為0．8，小于0．9的限值要求；層間位移角最大為1/1261，x向規定水平力下層間位移比均小于1．2，y向規定水平力下層間位移比最大為1．3；x、y向外圍框架柱配筋如下圖所示：

計算結果顯示，中震彈性下層間位移角最大為1/562，x向規定水平力下層間位移比均小于1．2，y向規定水平力下層間位移比最大為1．4；x、y向外圍框架柱配筋如下圖所示：

從上述配筋結果對比看，中震彈性下的配筋較多遇地震增加45%-55%，層間位移角也非常接近限制1/550，總體來說，中震彈性與多遇地震兩個模型中，層間位移角的變化趨勢相同，且中震彈性下層間位移角較多遇地震大2．25倍，結構都呈現出剪切變形，符合框架結構的主要變形形式，且穿層柱均未出現受拉破壞。

最后對大跨空間柱抽取一跨按排架計算復核，計算結果為，層間位移角最大為1/565，規定水平力下最大位移比1．03，框架柱縱筋配筋面積為5800mm2，箍筋加密區配筋面積為510mm2。

綜上所述，對穿層柱進行中震彈性設計后，縱筋配筋結果最大，設計時按照中震彈性的設計結果進行穿層柱配筋并對其全高加密，能保證框架柱的抗震性能，故設計中要對此類關鍵構件進行中震彈性設計以為結構提供更大的安全度。

3 結語

在設計中，如建筑功能有要求，樓板開洞面積超過本層面積的30%時，對于樓板大開洞造成的穿層柱應進行抗震性能設計，其所處位置為門廳或建筑邊跨可選用中震彈性分析，以提高穿層柱的結構安全性，但中震彈性計算的穿層柱縱筋配筋結果較多遇地震增大50%左右，故遇到建筑布局有樓板開洞面積大于30%時，首先應和建筑溝通，盡量避免這種情況的出現或盡量控制開洞面積在30%以內，避免結構出現平面不規則，也降低配筋，減少結構造價成本。中震彈性分析后還應采用其他結構形式對該模型進行復核包絡，本工程采用一榀排架進行復核包絡設計[3-4]。