带连廊高层剪力墙结构的抗震分析与设计

张 昱

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

1 带连廊剪力墙住宅的结构布置

连廊式住宅由于其南北通透、户型方正的优势，已成为建筑设计市场的主流产品。带连廊剪力墙住宅结构布置特点为，通过连廊将各结构单元连接起来，连廊宽度一般较窄，内设天井。结构平面示意如图1所示。

如图1所示，设置2 m宽的连廊，将左右结构单元联系起来，井位置为楼板开洞，连廊成为整个结构的薄弱部位。在地震作用下，连廊一旦发生破坏，将改变整个结构的抗震性能，对结构产生不可估量的影响。为了研究连廊在地震作用下的结构响应，为后续结构设计提供依据，需对连廊部位进行重点分析。

2 连廊部位的弹性方法

2.1 小震弹性分析

目前通用的抗震设计方法为小震弹性分析。一般采用振型分解反应谱法(同主楼一起计算)，可得到连廊两侧的梁配筋。设计时连廊板相对加强，一般取板厚150 mm，配筋可按板厚的最小配筋率设置。此设计方法并未考虑到地震作用时两侧结构单元各自的地震响应而产生变形不协调。

2.2 中震弹性设计

针对某些超限的带连廊结构，抗震设计时会进行中震补充计算。仍采用振型分解反应谱法，只是将地震作用的加速度峰值提高至中震水平(约小震的2.85倍)，将连廊板设为弹性板进行有限元计算。可得到中震作用下板的应力应变结果，根据混凝土的拉应力判断楼板的开裂情况。

3 动力弹塑性时程分析方法

对超限结构，需进行结构弹塑性阶段的抗震分析。一般采用时程分析方法将地震波直接作用于结构，可以得到结构在地震作用下从静止到结构达到最大变形的最终状态的全过程，能够反映结构各构件每一时刻的地震反应。进行大震下弹塑性分析时可准确模拟梁、柱、支撑、剪力墙及楼板等结构构件的非线性性能，直观得到结构各构件在弹塑性阶段的地震响应及损失情况。

该方法未作任何理论的简化，直接模拟结构在地震力作用下的非线性反应，是目前结构非线性地震反应分析领域较为完善的方法，其特点如下所示：

1)动力时程特性：直接将地震波输入结构进行时程分析，可以较好地反映在不同工况下构件的内力分布；

2)几何非线性：结构的动力平衡方程建立在结构变形后的几何状态上，“P—Δ”效应，非线性屈曲效应，大变形效应等都被精确考虑；

3)材料非线性：直接在材料应力—应变本构关系水平上模拟；

4)动力方程积分方法：采用显式积分，可以准确模拟结构的破坏情况直至倒塌形态。

4 工程实例

某公寓楼，地下3层，地上48层，标准层层高为3.2 m，总高度为153.9 m。地震烈度为8度(0.2g)，地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类。结构整体分析显示层间位移角在20层～30层区间较大。结构平面布置图如图1所示。

4.1 连廊处结构设计

根据建筑布置要求，连廊处宽度取2 m，两侧梁截面为250×780，配筋率取0.6%；板厚取150 mm,配筋率取0.25%。

4.2 计算分析结果

1) 用PKPM-SATWE及MIDAS-BUILDING软件分别对此结构进行小震及中震分析，在给定上述截面及配筋率情况下均可满足承载力及正常使用要求。

2) 用动力弹塑性计算软件PKPM-SAUSAGE对结构进行大震下动力弹塑性分析。地震加速度时程分别取400 cm/s2(X向)；340 cm/s2(Y向)；260 cm/s2(Z向)。结构下部、中部、上部各楼层连廊处板刚度损伤及钢筋应变情况如下。

如图2～图7所示，采用时程分析方法进行大震弹塑性验算，楼板刚度损伤及钢筋应变均在20层处较大，与层间位移角大小的楼层分布结果一致。在位移角较大楼层，连廊处楼板单元损伤较其他楼层严重，楼板刚度退化严重，与主体连接处楼板钢筋应变达到屈服应变。而在下部及上部楼层楼板钢筋应变较低，仅为屈服应变的10%～20%，连廊处楼板单元损伤不大，基本为轻度损伤。因此，在结构中部楼层区域(位移角较大楼层)，连廊部位结构的地震响应较大，需采取加强措施，保证连廊部位的有效连接，实现整体结构的性能目标。

5 结论及设计建议

1)带连廊高层剪力墙住宅结构设计需考虑连廊处薄弱部位。

2)当高层剪力墙住宅采用带连廊户型时，特别是存在结构超限的情况，不应只进行小震弹性设计，应对结构位移角较大楼层区域连廊楼板进行中震或大震下的性能分析，对薄弱部位需特别加强。

3)加强连廊处的抗震构造措施，采用加大板厚、提高配筋率等方式加强连廊与主体的连接。连廊两侧的梁需上下通长配筋，且应按照受拉构件补充计算配筋。

4)为加强连接，连廊与主体结构交接位置宜设置剪力墙扶壁柱。

带连廊的高层剪力墙结构进行抗震分析设计时，连廊部位为整体结构的薄弱部位，需着重分析与考虑。在某些超高、超限建筑结构分析时，应充分考虑中震、大震下的结构响应及抗震性能；设计时应加强其抗震措施，加强该部位与主体的连接。