張宏仁， 侯 杰

(1.泰合集團(tuán)，四川成都 610031； 2.中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司， 四川成都 610042)

回字形平面的建筑物，以其簡潔的功能流線、良好的采光和通風(fēng)效果備受建筑師和業(yè)主方的青睞，廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)院和研究中心的建筑，并且有著廣泛的應(yīng)用前景[1]。然而，回字形平面的建筑物，因其平面特性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計界爭議較多，設(shè)計的原則也不盡相同。本文就“九寨溝8·8”震后某回字形平面的酒店結(jié)構(gòu)受損情況及特點，基于實際震害調(diào)研及計算對比分析，提出了回字形平面多層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時是否設(shè)置抗震縫及抗震設(shè)計的一些建議。

1 結(jié)構(gòu)在地震中的破壞情況

“九寨溝8·8地震”中，某回字形平面的酒店受損嚴(yán)重。酒店為5層框架結(jié)構(gòu)，于腹部位置設(shè)置兩條抗震縫，將回字形平面分割成為兩個U形平面。實際震損情況為：建筑的四個角部結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷明顯(圖1)；抗震縫明顯拉開，且各層拉開的寬度均不一致，出現(xiàn)中間樓層大、頂部和底部樓層小的情況(圖2、圖3)；U字形平面的兩個端頭樓梯間破壞嚴(yán)重，樓梯梯柱出現(xiàn)裂縫，隔墻本身拉裂，隔墻與主體結(jié)構(gòu)拉裂(圖4)。

圖1 結(jié)構(gòu)梁震損

圖2 抗震縫結(jié)構(gòu)震損

圖3 抗震縫結(jié)構(gòu)震損

圖4 樓梯間震損

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的爭議及問題

回字形平面的樓板因為中部大開洞，導(dǎo)致樓板不連續(xù)，尤其對于框架結(jié)構(gòu)的樓梯、電梯位置，樓板的有效寬度小于該層樓板典型寬度的50 %。以上在規(guī)范中屬于平面不規(guī)則之一項[2]。但是，也有學(xué)者認(rèn)為，回字形平面的建筑因其特殊性決定了平面?zhèn)鬟f水平力的可靠性，雖然在大洞口的角點會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，腹板和翼緣的樓板面會出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，角柱也會出現(xiàn)較大的側(cè)移，但是結(jié)構(gòu)的整體性較好，因此并不認(rèn)為屬于樓板不連續(xù)范疇。

基于上述爭議，回字形平面的建筑，設(shè)置結(jié)構(gòu)抗震縫，將回字形分割成為規(guī)則的矩形或者L形，可以很好地避免平面不規(guī)則的出現(xiàn)[3]。然而，如果按照規(guī)范的規(guī)定來設(shè)置縫寬，實際震害表明，在建筑物遭遇到大震的情況下，抗震縫根本不能滿足建筑物的自由位移，往往抗震縫的兩側(cè)，因為碰撞成為建筑破壞最嚴(yán)重的部位。

3 三種結(jié)構(gòu)平面的模擬計算

本工程的典型回字形平面通過抗震縫分割成為兩個U形平面(圖5)，另補(bǔ)充一個分割成為兩個L形平面的情況(圖6)，兩種分割做法與不設(shè)縫的回字形平面(圖7)進(jìn)行對比計算對比分析。

圖5 兩個U形

圖6 兩個L形

圖7 一個回形

本文采用SAP2000有限元分析軟件，建立一個5層框架結(jié)構(gòu)模型，模擬多遇地震下的結(jié)構(gòu)受力分析，得到三種布置方式的結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大層間位移角如表1所示，回形平面的典型樓板兩個方向的平面應(yīng)力如圖8、圖9所示。工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，地震加速度0.20g，地震分組為第三組，場地土類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓0.3 kN/m2，基本雪壓0.2 kN/m2。

表1 三種平面的計算結(jié)果對比

圖8 Fx平面應(yīng)力

圖9 Fy平面應(yīng)力

4 計算結(jié)果的對比分析

對比三種平面的計算結(jié)果，可以看出：

(1)U形和L形平面最大層間位移角較大，雖滿足規(guī)范不超過1/550的要求，但實際變形已較大。在大震作用下，抗震縫位置不可避免會發(fā)生碰撞破壞，且如將樓梯間設(shè)置在此位置，則造成樓梯間的破壞，從而破壞了豎向逃生通道。

(2)根據(jù)最大平動周期可知，U形與L形平面類型為開敞式平面，結(jié)構(gòu)周期較大，剛度較??；回形為封閉式平面，結(jié)構(gòu)周期小，剛度較大。

(3)根據(jù)最大層間位移與平均層間位移比可知，U形與L形平面較回形平面的平面規(guī)則性較差，位移比值較大，抗扭轉(zhuǎn)性能較差。

(4)地震作用下，回字形平面的腹板和翼緣相交處樓板應(yīng)力最大，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象；整個樓板的拉應(yīng)力較大，這是結(jié)構(gòu)整體變形協(xié)調(diào)所致。

5 結(jié)論及建議

(1)回字形平面結(jié)構(gòu)，整體剛度較大，腹板及翼緣協(xié)調(diào)工作。若分為規(guī)則的平面形狀，其在地震作用下位移較大，建筑物之間碰撞損害明顯，故建議不設(shè)縫。

(2)角部的構(gòu)件在設(shè)計計算過程中應(yīng)單獨定義加強(qiáng)。

(3)樓板寬度較小的腹板位置，板厚宜加大或者板鋼筋應(yīng)通長設(shè)置，通過樓板應(yīng)力分析有針對性的加強(qiáng)樓板薄弱部位。

(4)天井角部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，可通過加強(qiáng)配筋、增加板厚解決。

(5)在具體工程項目設(shè)計中，天井周圍邊梁為溫度應(yīng)力較大的地方，可適當(dāng)加大梁頂和腰筋；在腹板中間設(shè)置后澆帶，解決施工期間混凝土收縮引起的拉應(yīng)力過大的問題。