住宅平面中抗側(cè)力構(gòu)件布置與結(jié)構(gòu)整體性的討論

周曉偉

[摘要]框架結(jié)構(gòu)中各種建筑平面戶型的柱網(wǎng)布置是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)方案階段首先要做的重要的基礎(chǔ)工作，如何既滿足建筑的使用功能又能符合結(jié)構(gòu)抗震的要求，使結(jié)構(gòu)有合理的結(jié)構(gòu)體系、明確的傳力途徑。本文通過實(shí)際的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出了住宅平面柱網(wǎng)布置即結(jié)構(gòu)抗側(cè)力布置的建議和措施。

[關(guān)鍵詞]抗側(cè)力構(gòu)件的布置與調(diào)整、結(jié)構(gòu)整體性

TU241

隨著現(xiàn)在建筑市場不斷變化根據(jù)建筑開發(fā)商的要求，在住宅建筑中各種平面戶型的組合變化很多，以往那種規(guī)矩、規(guī)則的柱網(wǎng)如平面四方矩形、縱橫柱列對齊、框架梁與柱不偏心或小偏心的住宅建筑平面不多見了，而出現(xiàn)了一些的建筑平、立面復(fù)雜的商品住宅，如從建筑平面來看柱布置只能較零散，橫向沒有幾條對齊，縱向因房間的關(guān)系柱列不對齊或幾個單元沿縱向相互錯開等各種情況。這類結(jié)構(gòu)從平面無法劃分成平面抗側(cè)力單元，此時(shí)柱網(wǎng)如何按照抗震概念設(shè)計(jì)原則來布置，哪些地方設(shè)置柱，哪些地方可不設(shè)置柱，往往設(shè)計(jì)人員很多時(shí)候難于取舍，不同的觀點(diǎn)、柱網(wǎng)不同的設(shè)置反映出對結(jié)構(gòu)抗震（抗側(cè)力）概念設(shè)計(jì)認(rèn)識的不同。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算前根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)首先要做好的第一步的基礎(chǔ)工作，做好此階段工作才能對后期的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)果有了比較準(zhǔn)確、合理的判斷。所以說結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能單單只看計(jì)算結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)，認(rèn)為算過去了就簡單的認(rèn)為柱網(wǎng)等布置就是合理了、符合結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)了，而忽視計(jì)算簡圖的合理、結(jié)構(gòu)體系的合理、和合理的地震作用傳遞途徑。一般來說首先應(yīng)從結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)方面入手進(jìn)行柱網(wǎng)等結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整，使整個結(jié)構(gòu)的整體性優(yōu)化，這樣在計(jì)算方面采用空間結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算結(jié)果才能準(zhǔn)確、可信。以下為結(jié)合具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，根據(jù)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的理念布置抗側(cè)力構(gòu)件與調(diào)整結(jié)構(gòu)方案的幾點(diǎn)體會。

一． 首先應(yīng)重視建筑及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面合理布置，在條件允許和可能的情況下，盡量采用受力合理，規(guī)則對稱的設(shè)計(jì)方案，這是對結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性控制的最有效的手段。一般建筑結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則的特征為：

① 凹凸不規(guī)則：柱網(wǎng)在這種情況下縱橫向很難拉齊，還不可避免的形成一些局部的單框架，使荷載傳遞路徑中斷。

② 樓板局部不連續(xù)：如細(xì)腰形平面、單元之間錯開等，雖貌似平面剛度、質(zhì)量對稱但在計(jì)算結(jié)果中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。

對于《抗規(guī)》中明確規(guī)定的的特別不規(guī)則設(shè)計(jì)方案不應(yīng)當(dāng)簡單地調(diào)整計(jì)算參數(shù)或放大地震力了事，而應(yīng)當(dāng)首先考慮修改、調(diào)整設(shè)計(jì)方案才能夠從根本上解決不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震問題。

二． 《抗震規(guī)范》指出結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。建筑平面凹凸不規(guī)則、戶型布置變化復(fù)雜勢必造成結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)布置困難，如結(jié)構(gòu)平面中橫向沒有幾條對直的柱列，還可能出現(xiàn)局部單跨的情形；沿平面長度方向（縱向）也沒有一條對直的柱軸線，這種沿柱軸線布置不到端部情形在住宅建筑平面中現(xiàn)在可以常見。在這種情況下結(jié)構(gòu)的整體性較差，彼此之間的水平地震作用不能通過梁傳到別的相鄰柱列，而是大量地通過樓板傳遞，這種結(jié)構(gòu)布置對地震作用的分配不利。此時(shí)概念設(shè)計(jì)尤為重要，應(yīng)對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)平面的布置進(jìn)行合理的調(diào)配、整合，應(yīng)充分利用管道井、電梯井道設(shè)置鋼筋混凝土墻體，適當(dāng)配置合理的剪力墻，利用鋼筋混凝土墻體把分散的柱網(wǎng)連成一體，使地震作用有合理的多道傳遞途徑，結(jié)構(gòu)有多贅余度。對于無法與別的柱、墻相連的單跨柱列因抗震性能很差應(yīng)加強(qiáng)其構(gòu)造措施，柱配筋應(yīng)適當(dāng)加大，該榀框架梁如有條件應(yīng)設(shè)置挑梁與別的框架梁相交、或配置暗梁與垂直的框架梁相交，以傳遞水平力。對于平面中凸角處應(yīng)設(shè)置框架柱，主體結(jié)構(gòu)的外圍一周應(yīng)框架梁柱交圈，使結(jié)構(gòu)有良好的整體性。

電梯井道一般為鋼筋混凝土筒體，整體剛度很大，對結(jié)構(gòu)的整體性影響很大，如把電梯井放置在平面中的比較偏的地方，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)很大，結(jié)構(gòu)位移比的指標(biāo)很難控制，屬于平面不歸規(guī)則結(jié)構(gòu)。這種情況應(yīng)采取井道開洞等措施，弱化影響。如果電梯井道放置的位置叫對稱，對結(jié)構(gòu)的整體剛度非常有利，位移比、周期比也易滿足。應(yīng)根據(jù)電梯井道不同的擺放位置、不同的計(jì)算效應(yīng)，分不同情況區(qū)別對待。

三． 重視樓板設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)計(jì)算一般采用空間計(jì)算模型，樓板在計(jì)算中不但承擔(dān)豎向荷載而且更重要的是起到按豎向剛度分配水平力的作用，基本上樓板是按剛性板來計(jì)算分配各柱的水平力和樓層位移，實(shí)際情況要與計(jì)算模型要吻合，即要求樓板大的設(shè)計(jì)不能太弱、板的厚度不能太薄，不能只考慮板的跨度、豎向荷載來確定板厚，還要結(jié)合樓板所處的位置是否處在受力復(fù)雜部位來定板厚，這樣計(jì)算結(jié)果才能是正確、可信的。如在這種柱列沿軸線布置不到端部、內(nèi)部兩柱單跨、梁柱偏心大于1／4的情形，樓板的概念設(shè)計(jì)更突顯重要。在上述情況下，地震作用是靠樓板傳遞到整個柱網(wǎng)，使之整體受力，是靠樓板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。在柱列沿軸線布置不到端部、內(nèi)部有兩柱單跨的柱列等受力復(fù)雜的樓板應(yīng)該得到加強(qiáng)，板厚不應(yīng)太薄、局部配筋宜配置雙層鋼筋。并且柱列在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的柱端頭范圍內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)板開洞、折板等消弱樓板的現(xiàn)象。在結(jié)構(gòu)平面柱的布置中有時(shí)為了使柱連成長向柱列或有在兩條軸線間距不大時(shí)設(shè)置一跨兩條軸線的柱，此時(shí)柱同向兩邊的梁中心與柱中心的偏心大于1／4的布置是常見的，《抗規(guī)》中規(guī)定偏心距大于1／4時(shí)應(yīng)計(jì)入偏心的影響。在住宅內(nèi)部一般情況下不能設(shè)置水平加腋梁，只能采取加強(qiáng)樓板的措施，包括板不能太薄、樓板鋼筋在柱寬范圍內(nèi)雙層配置，以減少梁柱偏心對柱的不利影響。此外因梁與柱偏心過大的柱箍筋最好為全高加密，以抵抗偏心的影響。

下圖是筆者實(shí)際做的一個工程簡圖，利用鋼筋混凝土電梯井道、管道井與柱連接，形成縱橫向空間抗側(cè)力體系。

圖中的1部分為鋼筋混凝土管道井兩側(cè)分別于電梯井、樓梯間框架連接；圖中2的部分為局部的單榀框架；圖中3部分為中柱兩側(cè)的梁中心與柱中心的偏心大于1／4，中柱需加強(qiáng)。本圖中在兩個單元相錯處設(shè)置剪力墻，以加強(qiáng)縱向的連接。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)人員的相互配合，結(jié)合概念設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)的抗震分析更符合結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，從結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造上保證計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)出抗震性能良好的建筑。

參考文獻(xiàn)

[1]國家標(biāo)準(zhǔn) . 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 .GB 50011-2010

[2]國家標(biāo)準(zhǔn) . 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 .JGJ 3-2010 J 186-2010

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。