以工程实例分析某商住楼的结构设计

杨琴

（贵州省建筑科研设计院，贵州 贵阳 550000）

1 引言

某商住楼为新农村建设项目，一楼由于临街用作商业，采用底部框架抗震墙结构；上部为五层住宅，采用砌体结构。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组。

设计地震分组为第三组，具有不同自振周期的建筑的设计计算的地震作用增加幅度是不同的。由于砖混结构和底框结构层数和高度受到限制，刚度大、周期短，一般直接采用水平地震影响系数最大值计算得到水平地震作用。也就是说，改变设计地震分组，不会增加砌体结构或底框结构的设计地震抗力。本工程从平立面布置、构造、材料等多方面进行抗震概念设计，并利用有限元整体计算得到指标衡量房屋的规则性，以实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标。

2 抗震概念设计要点分析

底部框架—抗震墙结构的布置仅画在11轴以左，11轴以右为上部砌体结构标准层布置。平面长度30240mm，宽度12090mm。底层层高3.95m，标准层层高3m，房屋总高度18.95m，房屋的高宽比为1.56。A轴线是建筑临街的一面，为底层商铺的入口。兼顾建筑使用要求和结构抗震需要，抗震墙布置如图1中11轴线以左，抗震墙墙肢及端柱用涂黑表示。

图1 结构平面设计

上部的砌体砖墙与底部的框架梁或抗震墙基本对齐，每户仅在厨房有一道不长的砖墙落在转换次梁上，例如14轴线上的D-E墙段。底部抗震墙力求均匀、对称布置，并尽量设置在房屋四周，以抑制地震时的扭转。各抗震墙墙肢长度大致相近，且均不超过层高。框架和抗震墙的抗震等级均为三级；抗震墙主要是承受水平剪力，仅设置构造边缘构件。底框结构的纵向受力钢筋的受力性能应满足下列条件:钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3；且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。上部砌体结构，由于用作住宅，横向墙体间距较小。图1中11轴线以右的砌体结构布置中，涂黑的为标准层构造柱。外墙的四角和对应转角(凸角)处，内墙与外墙交接处、较大洞口两侧，均设置构造柱。过渡层在底部框架柱对应位置处均设置构造柱。图1中11轴线以右编号为GZ1的阴影小柱仅为过渡层构造柱，过渡层以上不再设置。构造柱纵筋为4覫14。构造柱与墙连接处应砌成马牙槎，并沿墙高每隔500mm设2覫6拉结钢筋，每边伸入墙内1m。砌体结构采用MU10页岩多孔砖，过渡层及上一层采用M10混合砂浆，其余采用M7.5混合砂浆。顶部两层地震力相对较小，但砂浆强度不降至抗震规范的最低要求M5，是为了适当提高抗震能力，同时也有利于防止顶层砌体出现温度裂缝。

本工程楼、屋面板均为现浇，标准层板厚100mm，屋面板厚度120mm；由于地震时要传递不落地砌体砖墙的水平力，过渡层底板厚度取为130mm，并设双层双向配筋。上部砌体结构在3层(过渡层顶板)、5层及屋面隔层均设置240mm×180mm圈梁；未设置圈梁楼层的楼板内沿墙体设3覫10加强筋，并与相应的构造柱连接。构造柱与圈梁、现浇板一起约束砌体，增加了结构的空间刚度和整体稳定性，也使砌体结构在罕遇地震作用下具有更好的延性。本工程砌体墙段的局部尺寸一般不少于1m，并且在同一轴线上的窗间墙宽度尽量均匀。由于建筑条件限制，个别墙段的长度仅为840mm，因此在该墙段上设置有构造柱，构造柱纵筋直径亦比规范要求增大一级，以避免地震时局部薄弱墙段的首先破坏而导致连锁反应，造成各个击破，最终整个结构倒塌，或塌落伤人。

楼梯间墙没有楼板作为墙的支撑，而只有斜向的楼梯。楼梯不允许嵌入墙内，对墙体不起支撑作用，所以，楼梯间墙高而空旷，尤其顶层墙体更是形成一层半高的高墙而无侧向约束。且楼梯的梯段为连接两层的斜撑构件，地震时受力复杂，楼梯间在地震中容易首先遭到破坏甚至倒塌，影响地震时人员的疏散逃生。按08规范局部修订的要求，楼梯段上下端对应墙体处增加4根构造柱，与在楼梯间四角设置的构造柱合计有8根构造柱。顶层楼梯间横墙和外墙沿墙高每隔500mm设2覫6通长钢筋，其余各层在休息平台标高(半层高)设置60mm厚的钢筋混凝土带。另外楼梯间作为薄弱房间，平面布置时避开了应力集中、对扭转敏感的房屋转角部位和端部。

3 建筑结构规则性的量化指标计算

本工程采用中国建筑科学研究院PKPM序列程序进行计算。利用PMCAD可以计算得到砌体结构过渡层与底部框架抗震墙的侧移刚度比值:x向为1.31，y向为1.38。说明底部抗震墙设置数量合理，不会使底层刚度过小形成薄弱层，避免地震时弹塑性变形严重集中在底层而破坏；砌体结构过渡层的侧移刚度仍然大于底层，也避免了薄弱层向砌体过渡层转移，导致砌体结构层在罕遇地震下破坏严重的情况。

本工程的结构侧向刚度沿高度变化相对均匀，较好地符合了规范对底框砖混结构的竖向规则性要求。砌体结构抗震设计的规范方法是利用底部剪力法算出各层的水平地震剪力，再分配给本层各抗侧力构件。这种计算方法不能反应质量形心与刚心不一致、底框结构与上部砌体结构刚度形心不一致等产生的扭转作用，因此从计算的角度，也要求结构平面布置规则对称，限制地震时产生扭转。SATWE程序提供了一种有限元整体算法，对砌体结构或底框砖混结构进行计算分析。其原理是将砌体假定为各向同性的均质材料，并用SATWE墙单元模拟。利用有限元整体算法进行砌体结构或底框砖混结构设计目前还有局限性，规范也未涉及此方法，本工程仅利用其计算出的各项规则性指标。

本工程砌体材料的弹性模量取为2.550kN/mm2，计算得到结果如下。底部框架抗震墙的偏心率，x向为 0.03%，y向为7.15%。上部砌体结构标准层的偏心率，x向为0.08%，y向为3.66%。底部框架抗震墙结构的刚度形心和上部砌体标准层的刚心和质心在平面位置上均比较接近。以底层框架抗震墙作为基准，上部砌体标准层的刚心相对于底部框架抗震墙结构的刚度形心的偏心率，x向为0.07%，y向为0.99%。上部砌体标准层的质心相对于底部框架抗震墙结构的刚度形心的偏心率，x向为 0.02%，y向为2.71%，也就是说底部框架抗震墙结构的刚心与整幢房屋的质心的平面位置亦较为一致。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比为0.701。楼层竖向构件的最大弹性水平位移 (或层间位移)与该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值，x向为1.1，y向为1.0。由于程序原因，位移比计算还没有考虑偶然偏心影响的地震作用。计算结果表明，本工程底框-上部砖混的整个结构抗扭转性好。为了进一步考察上部砌体结构的规则性，单独取上部5层砌体结构进行有限元整体计算。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比为0.711。楼层竖向构件的最大弹性水平位移(或层间位移)与该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的比值，x向为 1.1，y向为1.0。

4 结束语

文章结合工程实例，简要介绍了底框砖混结构的抗震概念设计主要内容，并利用有限元整体算法，计算得到建筑结构规则性的量化指标。为底框结构和砖混结构的抗震设计提供了良好范例。

[1]金海良,卞幸福.商住楼结构设计技术的探讨[J].中国新技术新产品,2010-03-10.