胡正泱

摘 要：隨著社會經濟的發(fā)展，我國的商業(yè)辦公樓建設越來越多。本文以某商業(yè)辦公樓工程為實例，在7度抗震設防烈度區(qū)內進行框筒結構的計算，對抗剪超限的連梁，采用改變連梁截面，設置交叉鋼筋、雙連梁等結構處理方案，以滿足結構設計要求。

關鍵詞：框筒結構;連梁;超限

隨著高層框筒結構的廣泛使用及建造高度不斷提升，抗震性能分析與評估的需求日益增長，需要深化高層框筒結構性能抗震設計的研究。

一、工程概況

本文以某辦公商業(yè)（大型）綜合建筑為例，由5座塔樓及大型裙房組成，結構總高度為99.700m，地上24層，地下3層。其中3～6層為商業(yè)及辦公區(qū)域，6層以上為辦公樓。根據《建筑工程設防分類標準》（GB50223—2008）規(guī)定，辦公樓抗震類別為標準設防類（丙類）。該工程抗震設防烈度為7度，因裙房部分在設縫后，商業(yè)面積滿足不超過7000m²，故無需按重點設防類提高一度抗震措施。

二、中震作用下結構性能分析

中震作用下的結構抗震性能分析不考慮風荷載效應的組合，不考慮與抗震等級相關的內力調整系數。當按彈性計算時，需考慮荷載分項系數﹑材料分項系數和抗震承載力調整系數，當按不屈服計算時，不考慮荷載分項系數﹑材料分項系數和抗震承載力調整系數。中震作用下結構構件設定的性能目標為：底部加強部位的剪力墻、框架柱等關鍵構件的抗剪、抗彎承載力應滿足不屈服性能要求;一般部位的剪力墻、框架柱允許部分屈服，抗剪截面應滿足要求;大部分框架梁、連梁等耗能構件允許進入屈服階段，部分允許破壞。

三、連梁超限的解決方法

（一）IDA分析指標的確定

地震動強度指標有很多種，常用的有基本周期對應的加速度反應譜（Sa（T1，5%））峰值加速度（PGA）、峰值速度（PGV），各有優(yōu)缺點，目前并沒有統(tǒng)一的方法來表征地震動強度指標。我國規(guī)范采用的地震動強度指標是PGA，具有概念清晰、計算簡單的特點。在本文算例中IDA分析所需的地震動強度指標選用PGA。結構損傷響應指標有多種表征方法，一般選取較多的有頂點位移、層間位移角或滯回耗能等，必要時可采取多個指標同時考慮。但有時根據不同的地面運動記錄強度對結構性能狀態(tài)的所需特征表述，就可針對性的選取結構性能指標方法。而最大層間位移角θmax直接相關于樓層變形和節(jié)點轉動，是反映結構破壞的最佳選擇，在本文算例中IDA分析的結構損傷響應指標選用最大層間位移角θmax。

（二）加大或減小連梁截面面積

連梁截面加大有助于增加抗剪承載力，但同時連梁分配的剪力也會變大，連梁剛度變強，容易過早的出現(xiàn)剛度和承載力退化。在地震作用下，連梁截面越小，所受的剪力也越小，相反產生的軸力會變大。連梁截面越大，受到的剪力也越大，同時產生的軸力會變小。根據《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010—2010第11.7.9條，連梁截面設計應盡量控制高跨比不小于2.5來滿足抗剪要求較為合理。

（三）大震作用下結構性能分析

在罕遇地震作用下結構的最大彈塑性層間位移角均小于1/110的規(guī)范規(guī)定限值，層間位移角剛度樓層變化較平緩，說明塔樓的剛度分段均勻。結構整體及各構件的抗震性能滿足“罕遇地震作用下不倒”的要求。為了體現(xiàn)結構在罕遇地震中的破壞情況，下面以罕遇地震下產生的最大層間位移角的人工地震波為例，給出局部位置核芯筒的墻體壓傷圖，框架和剪力墻塑性發(fā)育情況。

（四）高層框筒結構各性能水準限值

我國《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》3.11條規(guī)定將結構的抗震性能劃分為五個等級水準，即正常使用、基本使用、修復使用、生命安全、接近倒塌，同時給出了各水準下的宏觀判別依據、構件損傷劃分以及繼續(xù)使用可能性等情況。以最大層間位移角θmax作為IDA分析響應指標，并依據我國現(xiàn)行規(guī)范以及參考同濟大學呂西林相關研究成果確定。小震作用下框筒結構的層間位移角限值為1/800，能滿足小震不壞性能目標要求，即認為滿足性能水準1要求;而罕遇地震作用下的限值為1/100，能滿足大震不倒性能目標要求，即認為滿足性能水準5要求。

（五）設置雙連梁

雙連梁是指兩根連梁中部以50或100的水平縫隔開的上下兩根連梁，縫隙采用砂漿或減震材料填充。雙連梁的實質是減小連梁高度的同時，增加連梁的寬度。如截面400×1000的連梁設置為雙連梁后，變?yōu)閮筛?00×450的連梁，近似相當于等效為一根800×450的連梁的作用。雙連梁在抗剪截面面積基本不變的情況下，受到的剪力會大大降低。對于部分超限的連梁，在采用雙連梁設計后，計算結果會滿足規(guī)范要求。

（六）抗震加強措施

根據上述分析，在施工圖階段采取以下抗震加強措施：（1）嚴格控制剪力墻和塔樓框架柱的軸壓比、剪壓比，提高豎向構件的承載力和延性;（2）核心筒內部樓板加厚（150mm），配筋率不小于0.3%、核心筒以外的樓板，配筋率不小于0.25%;（3）塔樓框架柱地下一層～三層內設置構造型鋼，第四層設型鋼柱過渡層，短柱樓層構造設芯柱，柱子出現(xiàn)損傷的樓層，加大其箍筋直徑，使結構剛度沿豎向均勻變化。9～16層局部墻體損傷嚴重，施工圖設計時增大墻身鋼筋的配筋率;（4）按中震作用下，框架柱抗剪、抗彎彈性，底部加強部位剪力墻抗剪彈性、抗彎不屈服進行設計;大震作用下，框架柱抗剪、抗彎不屈服，其余標高框架柱抗剪不屈服，底部加強部位剪力墻抗剪不屈服進行設計。

（七）默認連梁超限

在實例設計中，由于種種要求和客觀條件限制，上述方法并不一定都可以采用，往往還是不可避免地出現(xiàn)連梁超限的問題。此時根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3—2010第7.2.26條：當連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，可按獨立墻肢的計算簡圖進行第二次多遇地震作用下的內力分析，墻肢截面應按兩次計算的較大值計算配筋。因此要考慮在連梁不參與作用的情況下，墻體是否仍然滿足配筋要求。實質建模中，需要將連梁兩端人為設置為鉸支點，或者將連梁做成虛梁來讓程序不考慮連梁的作用。失去連梁作用的兩邊墻體側向剛度會減小，位移增大，再和連梁作用下的墻體配筋取包絡設計，以達到設計要求。此時連梁就變成了墻體結構里的抗震防線，只需要以連梁的最大抗剪承載力計算其兩端彎矩即可得到實際需要的配筋。

四、結束語

綜上所述，框筒結構因為本身所具備的抗震性能、整體空間工作性能以及水平抗側能力突出，再加上內外筒之間存在相對較為理想的自由空間，本身極為符合建筑工程設計需求。對于框筒結構設計來說，是否能夠將外框筒對應的空間工作性能充分發(fā)揮出來，同時降低外框筒對應的“剪力滯后”效應，針對核心筒連梁實施科學合理的設計，是有效保障框筒結構整體設計成功的重要內容。針對框筒結構體系進行科學合理的設計，不但可以顯著提升結構本身整體抗震的能力，有效提升結構對應的安全性，同時也能夠在經濟層面獲得較為理想的效果，具有良好的適應性。

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