劉悅

摘要： 通過(guò)參與建筑方案設(shè)計(jì)、合理布置結(jié)構(gòu)豎向及平面剛度、取合理的軟件計(jì)算參數(shù)取值等措施，能有效的提高高烈度區(qū)此類框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)20%～40%。

關(guān)鍵字：高烈度 框架 自振周期折減 強(qiáng)柱弱梁 剛域

框架結(jié)構(gòu)適用于體型較規(guī)整、剛度較均勻的建筑物，但在高烈度區(qū)由于其抗側(cè)剛度較低，往往樓層高度較高的多層結(jié)構(gòu)，其經(jīng)濟(jì)性極差。由我院承接一多層廠房項(xiàng)目在宿遷地區(qū)，設(shè)防烈度為8度（0.3g），由于廠房后期用于出租，且最終使用的廠家未定，建設(shè)方要求廠房布置必須規(guī)整，建筑空間及尺度要大，柱網(wǎng)間距8.4mx8.4m；后期改變布置必須靈活，改造余地要大。并且提出經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求。廠房普遍為4～5層，高度為底層4.8m，二層以上均為4.3m，見(jiàn)附下圖為其中一個(gè)單體平面。對(duì)高烈度此類建筑，如何在安全的前提下實(shí)現(xiàn)建筑功能性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，我們進(jìn)行了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性研究，以下供討論。

首先方案的選擇上，由于受建筑功能要求限制，投資方及建筑師均不能接受框架剪力墻方案。對(duì)于高烈度區(qū)，由于框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度小，太高的話經(jīng)濟(jì)性很難控制。方案階段考慮采用方案一普通框架結(jié)構(gòu)；方案二減震方案即采用約束屈曲支撐方案。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)性比較，約束屈曲支撐方案由于支撐的價(jià)格較高，并且需要設(shè)置的位置較多，局部位置仍會(huì)影響建筑使用，不適合用于本項(xiàng)目。焦點(diǎn)就回到了如何對(duì)一個(gè)普通框架結(jié)構(gòu)合理地進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)。

1 對(duì)于高烈度區(qū)由于層高對(duì)結(jié)構(gòu)影響很大，方案階段應(yīng)盡量說(shuō)服業(yè)主降低層高，滿足使用要求的層高即可。由于結(jié)構(gòu)重量對(duì)地震力影響較大，盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，采用輕質(zhì)的隔墻。

2 用SATWE軟件建模進(jìn)行試算。從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)對(duì)于高烈度地區(qū)，起控制作用的主要是層間位移角限值1/550。有部分年輕工程師，往往會(huì)習(xí)慣性先將柱斷面各層取同樣的尺寸，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)不滿足時(shí)，又將各層的柱統(tǒng)一加大。由于整體剛度過(guò)大，反而造成結(jié)構(gòu)自振周期過(guò)于靠近場(chǎng)地特征周期，反而增大了地震影響系數(shù)，造成結(jié)構(gòu)地震力增大過(guò)多，層間位移角不易滿足。以下表為以上單體同一條件的兩個(gè)模型試算，模型一柱斷面各層大小相同，均取950x950；模型二各層柱斷面漸變，1～2層為950x950，3層850x850，4層650x650，5層500x500。由下表可見(jiàn)結(jié)構(gòu)總體信息指標(biāo)及配筋同一斷面模型結(jié)果均不理想：

對(duì)邊柱影響更大，個(gè)別柱配筋差異到了30%以上，可見(jiàn)對(duì)高烈度區(qū)多層框架結(jié)構(gòu)梁柱斷面應(yīng)逐層根據(jù)受力情況調(diào)整，能有效的減少地震力，提高經(jīng)濟(jì)性能。

3 由于最大位移發(fā)生區(qū)域在平面的角部，可加強(qiáng)兩端的結(jié)構(gòu)梁柱剛度。尤其對(duì)于較長(zhǎng)的矩形平面結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)邊端一到倆跨的梁柱斷面可以有效的提高結(jié)構(gòu)的位移角和位移比性能。而且對(duì)角柱和與角柱相連的兩向的邊框梁增大截面，一般也不會(huì)影響建筑的功能和使用。

4 由于目前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本采用SATWE進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其中一些參數(shù)的取值進(jìn)行思考可以有效的提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

1） 根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》驗(yàn)算最大彈性位移角限值是不計(jì)入偶然偏心的。僅在驗(yàn)算位移比的限值時(shí)應(yīng)考慮偶然偏心的影響。對(duì)于雙向地震和偶然偏心不需要同時(shí)組合。

2） 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中框架結(jié)構(gòu)在非承重墻體為砌體墻情況下，應(yīng)對(duì)建筑的計(jì)算自振周期進(jìn)行折減。規(guī)范建議框架結(jié)構(gòu)可取0.6～0.7，并表明對(duì)采用其他非承重墻體時(shí)，可根據(jù)工程情況確定該系數(shù)。多層建筑參考高規(guī)，并考慮本工程實(shí)際填充墻情況。本工程除外圍有圍護(hù)墻外，廠房?jī)?nèi)部基本沒(méi)有隔墻。且圍護(hù)墻基本采用砌在砼柱的外側(cè)，不會(huì)對(duì)砼柱形成過(guò)大的約束。且墻體均采用輕質(zhì)的ALC砌體。填充墻對(duì)主體結(jié)構(gòu)周期的折減，實(shí)際上就是考慮填充墻剛度對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度的影響程度，考慮本工程以上因素，周期折減系數(shù)可以取到0.8。

3） 對(duì)于強(qiáng)柱弱梁的思考。根據(jù)汶川地震的經(jīng)驗(yàn)，目前的框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并不能完全做到真正意義上的強(qiáng)柱弱梁。 原因在于 ①軟件默認(rèn)計(jì)算時(shí)，梁端負(fù)彎矩內(nèi)力計(jì)算位于梁柱交點(diǎn)處，實(shí)際上應(yīng)考慮柱截面對(duì)構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力的影響；②梁端正彎矩實(shí)際配筋過(guò)大；③現(xiàn)澆樓板對(duì)框架梁實(shí)際抗彎承載力有利，加劇了強(qiáng)柱弱梁；④梁端實(shí)配鋼筋個(gè)別工程師配置比計(jì)算值更大，加劇了強(qiáng)柱弱梁 ?？紤]以上情況，為實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁，對(duì)本工程，考慮梁柱剛域的作用；并且實(shí)際配筋中框梁配筋不人為放大配筋，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性。

通過(guò)參與建筑方案設(shè)計(jì)、合理布置結(jié)構(gòu)豎向及平面剛度、取合理的軟件計(jì)算參數(shù)取值等措施，能有效的提高高烈度區(qū)此類框架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)20%～40%。說(shuō)明對(duì)于結(jié)構(gòu)工程師而言，即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如果深入研究分析，同樣能在確保安全的情況下，減少工程造價(jià)，創(chuàng)造出社會(huì)效益，做到綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010

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