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        “九寨溝8·8地震”中某回字形平面建筑物的震害分析及結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計淺論

        2018-04-11 09:09:02張宏仁
        四川建筑 2018年5期
        關(guān)鍵詞:樓梯間樓板腹板

        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。

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