“九寨沟8·8地震”中某回字形平面建筑物的震害分析及结构抗震设计浅论

张宏仁， 侯 杰

(1.泰合集团，四川成都 610031； 2.中国建筑西南设计研究院有限公司， 四川成都 610042)

回字形平面的建筑物，以其简洁的功能流线、良好的采光和通风效果备受建筑师和业主方的青睐，广泛应用于学校、医院和研究中心的建筑，并且有着广泛的应用前景[1]。然而，回字形平面的建筑物，因其平面特性，在结构设计界争议较多，设计的原则也不尽相同。本文就“九寨沟8·8”震后某回字形平面的酒店结构受损情况及特点，基于实际震害调研及计算对比分析，提出了回字形平面多层框架结构设计时是否设置抗震缝及抗震设计的一些建议。

1 结构在地震中的破坏情况

“九寨沟8·8地震”中，某回字形平面的酒店受损严重。酒店为5层框架结构，于腹部位置设置两条抗震缝，将回字形平面分割成为两个U形平面。实际震损情况为：建筑的四个角部结构构件损伤明显(图1)；抗震缝明显拉开，且各层拉开的宽度均不一致，出现中间楼层大、顶部和底部楼层小的情况(图2、图3)；U字形平面的两个端头楼梯间破坏严重，楼梯梯柱出现裂缝，隔墙本身拉裂，隔墙与主体结构拉裂(图4)。

图1 结构梁震损

图2 抗震缝结构震损

图3 抗震缝结构震损

图4 楼梯间震损

2 结构设计的争议及问题

回字形平面的楼板因为中部大开洞，导致楼板不连续，尤其对于框架结构的楼梯、电梯位置，楼板的有效宽度小于该层楼板典型宽度的50 %。以上在规范中属于平面不规则之一项[2]。但是，也有学者认为，回字形平面的建筑因其特殊性决定了平面传递水平力的可靠性，虽然在大洞口的角点会出现较大的拉应力，腹板和翼缘的楼板面会出现较大的拉应力，角柱也会出现较大的侧移，但是结构的整体性较好，因此并不认为属于楼板不连续范畴。

基于上述争议，回字形平面的建筑，设置结构抗震缝，将回字形分割成为规则的矩形或者L形，可以很好地避免平面不规则的出现[3]。然而，如果按照规范的规定来设置缝宽，实际震害表明，在建筑物遭遇到大震的情况下，抗震缝根本不能满足建筑物的自由位移，往往抗震缝的两侧，因为碰撞成为建筑破坏最严重的部位。

3 三种结构平面的模拟计算

本工程的典型回字形平面通过抗震缝分割成为两个U形平面(图5)，另补充一个分割成为两个L形平面的情况(图6)，两种分割做法与不设缝的回字形平面(图7)进行对比计算对比分析。

图5 两个U形

图6 两个L形

图7 一个回形

本文采用SAP2000有限元分析软件，建立一个5层框架结构模型，模拟多遇地震下的结构受力分析，得到三种布置方式的结构在地震作用下的最大层间位移角如表1所示，回形平面的典型楼板两个方向的平面应力如图8、图9所示。工程所在地区抗震设防烈度为8度，地震加速度0.20g，地震分组为第三组，场地土类别为Ⅱ类，基本风压0.3 kN/m2，基本雪压0.2 kN/m2。

表1 三种平面的计算结果对比

图8 Fx平面应力

图9 Fy平面应力

4 计算结果的对比分析

对比三种平面的计算结果，可以看出：

(1)U形和L形平面最大层间位移角较大，虽满足规范不超过1/550的要求，但实际变形已较大。在大震作用下，抗震缝位置不可避免会发生碰撞破坏，且如将楼梯间设置在此位置，则造成楼梯间的破坏，从而破坏了竖向逃生通道。

(2)根据最大平动周期可知，U形与L形平面类型为开敞式平面，结构周期较大，刚度较小；回形为封闭式平面，结构周期小，刚度较大。

(3)根据最大层间位移与平均层间位移比可知，U形与L形平面较回形平面的平面规则性较差，位移比值较大，抗扭转性能较差。

(4)地震作用下，回字形平面的腹板和翼缘相交处楼板应力最大，存在应力集中现象；整个楼板的拉应力较大，这是结构整体变形协调所致。

5 结论及建议

(1)回字形平面结构，整体刚度较大，腹板及翼缘协调工作。若分为规则的平面形状，其在地震作用下位移较大，建筑物之间碰撞损害明显，故建议不设缝。

(2)角部的构件在设计计算过程中应单独定义加强。

(3)楼板宽度较小的腹板位置，板厚宜加大或者板钢筋应通长设置，通过楼板应力分析有针对性的加强楼板薄弱部位。

(4)天井角部出现应力集中现象，可通过加强配筋、增加板厚解决。

(5)在具体工程项目设计中，天井周围边梁为温度应力较大的地方，可适当加大梁顶和腰筋；在腹板中间设置后浇带，解决施工期间混凝土收缩引起的拉应力过大的问题。