上海地区多层不规则建筑的结构设计要点

王治杳

（华东建筑设计研究院有限公司现代都市院，上海　200070）



上海地区多层不规则建筑的结构设计要点

王治杳

（华东建筑设计研究院有限公司现代都市院，上海200070）

摘要：以上海市某商场建筑工程为例，对比分析了框架与框架—剪力墙两种结构体系的计算结果，选出了适宜该建筑的结构类型，并针对结构选型确定后出现的问题，提出了解决对策，以确保建筑结构的安全性。

关键词：建筑单体，框架结构，框架—剪力墙结构，抗震设计

0　引言

随着经济技术的发展，目前建筑市场对于建筑呈现越来越多样化、复杂化的要求，导致产生越来越多的抗震不规则建筑。就建筑结构抗震性能而言，合理的建筑形体是头等重要的。

1　工程背景

工程地点位于上海市长宁区，建筑高度20. 6 m。建筑地面以上共4层，地下设置2层地下室。工程的地上部分使用功能为商业，地下室的主要使用功能为停车库和设备用房。建筑单体平面呈矩形，平面尺寸为52. 8 m×41. 1 m，柱距以8. 4 m为主。顶层为混凝土平顶层，平顶层上设置钢结构构架坡屋顶。主要建筑平面见图1。

2　工程设计过程

工程位于7度区，设计基本地震加速度值为0. 10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，特征周期值取为0. 90 s。根据抗震规范6. 1. 14条的要求，确定本建筑单体取地下室顶板作为上部结构的嵌固端。该工程的主要不规则抗震不利点整理如下：

1）平面不规则中的楼板局部不连续。自2层平面起，中庭位置在各层均开有大洞，开洞的面积均大于该层楼面面积的30%。

图1　建筑平面图

2）竖向不规则中的竖向抗侧力构件不连续。数个竖向构件收进于结构的屋顶层，并导致该层的多处框架存在单跨形式。

2.1选用框架结构的体型进行设计

出于经济性和合理性的考虑，首先选用框架结构进行试设计。汇总主要计算结果见表1。

表1　框架结构计算结果汇总表

经过对该计算结果的观察分析，结构在采用框架结构的情况下刚度比较薄弱，在限定截面的前提下很难满足结构位移角、位移比等抗震要求。

2.2改用框架—剪力墙结构进行设计

试算设计表明框架结构并不是该类型建筑最合适的结构形式，拟重新采用框架—剪力墙的结构形式对建筑单体进行设计。汇总主要计算结果如表2所示。

表2　框架—剪力墙结构计算结果汇总表

经过对该计算结果的观察分析，各结构主要构件尺寸控制较为理想，结构各项抗震相关参数均满足现行规范要求。结构无严重不规则项产生，故认为本结构采用框架—剪力墙的结构形式是有效可行的。

2.3结构选型确定后问题

通过对比两种不同结构形式的计算结果，得出框架—剪力墙体系相比于框架体系更适用于本建筑单体。因本建筑单体的体型不规则，在结构计算后发现结构仍存在以下问题：

1）扭转不规则。本单体地震作用下最大层间位移比为1. 38，大于1. 2。

2）楼板不连续。本单体各标准层的中庭位置均开有大洞，有效楼板比例为41. 7%，小于50%。

3）竖向构件位置缩进。本单体屋顶层竖向构件收进，大于25%。

4）局部单跨。本单体屋顶层为单跨框架结构。

根据抗震规范3. 4. 1条文区分标准，此建筑单体主要抗震不规则项多于三个，属于抗震特别不规则建筑。拟在设计中采用加强措施如下：

1）针对扭转不规则。在计算中通过调整结构构件的截面尺寸，使刚度中心和质量中心靠拢，控制楼层位移比及层间位移比小于1. 5的限值。

2）针对楼板不连续。设计中不采用通常计算时的刚性楼板假定，在计算中改用弹性楼板计算。复核结构在设防地震下楼板的主拉应力下是否大于其混凝土抗拉强度标准值，判断结构楼板在地震时传导地震作用的性能。

除验算楼板强度外，亦采用构造措施加强楼板。标准层楼板均加厚至130 mm，屋顶平板层加厚至150 mm。楼板配筋适当放大，各层配筋双层双向拉通。洞口边的边梁加大截面提高高度，增加全楼的整体性。

3）针对竖向构件缩进。采用构造措施对结构不利位置进行加强，复核缩进位置结构竖向构件的计算长度，并加强结构顶层的竖向构件配筋。

4）针对局部单跨。考虑单跨框架结构抗震较为不利，屋顶层全层的地震剪力适当放大。

3　结语

对本类建筑进行分析后得出以下结论：

1）决定7度区多层建筑主要结构构件尺寸的因素是地震下结构承受水平力的需要，风荷载起到的作用很少。在此类房屋设计中，应着重加强对于结构抗震性能的验算。风荷载的作用可不在初步设计中考虑，而只在完成抗震设计后予以复核，达到加快结构设计工作目的。

2）多层建筑的结构体型可采用框架或框架—剪力墙结构。对于商场建筑，以往设计方案往往直接采用框架体系。通过分析表明，适当在合理建筑位置布置剪力墙采用框架—剪力墙结构较之框架结构在建筑抗震不规则的情况下更为有利。结构的选型不应当被简单思维定势所限制，应当充分考虑设计建筑单体的实际情况，必要时比对多种结构形式能更合理地完成设计工作。

3）验证了对于抗震不规则项较多（主要不规则项不少于三个）的多层建筑，此类建筑在地震作用下的反应较复杂、结构本身的抗震性能较弱，应适当加强此类结构的抗震设计。

4）存在楼板开大洞的框架—剪力墙结构，因楼板在其抗震中起的作用较复杂重要，应当在设计过程中对楼板进行加强。提出考虑不将楼板简单地视作刚体而采用弹性楼板假定进行计算，考察楼板在设防地震下主拉应力是否大于楼板混凝土的抗拉强度标准值，验证楼板能否在地震作用下起到协调整楼变形的作用。

参考文献：

［1］杨伟，曾波.某研发中心弹性楼板应力分析［J］.江苏建筑，2014（S1）：20-22.

［2］邬勇伟.不规则多层建筑抗震设计［J］.中国建材科技，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

中图分类号：TU318

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0061-03

收稿日期：2016-01-17

作者简介：王治杳（1989-），男，助理工程师