某多層商業(yè)建筑不規(guī)則性計(jì)算分析

何 鑫， 劉 棟

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430014)

?

某多層商業(yè)建筑不規(guī)則性計(jì)算分析

何 鑫， 劉 棟

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司， 湖北武漢 430014)

針對武漢地區(qū)某多層框架結(jié)構(gòu)商業(yè)建筑，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)不規(guī)則性分析，對該扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)以及側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)提出了具體加強(qiáng)措施，供類似設(shè)計(jì)參考。

不規(guī)則性； 位移比； 抗震性能

建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求明確建筑形體的規(guī)則性，不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施。對于規(guī)則與不規(guī)則的區(qū)分，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]在第3.4.3條規(guī)定了一些定量的參考界限。本文針對武漢地區(qū)某多層框架結(jié)構(gòu)商業(yè)建筑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)不規(guī)則性分析，提出了針對各項(xiàng)不規(guī)則性的具體加強(qiáng)措施，供類似設(shè)計(jì)參考。

1 工程概況

武漢地區(qū)某4層(局部2層)商業(yè)建筑，層高3.9 m,總高度15.6 m，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)；結(jié)構(gòu)2層、3層平面布置如圖1、圖2所示。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的 PKPM系列(V2.2版)。根據(jù)軸網(wǎng)尺寸，初步設(shè)計(jì)階段，框架柱截面尺寸取400 mm×400 mm、500 mm×500 mm、600 mm×600 mm 3種，外圍框架梁取300 mm×750 mm,內(nèi)部框架梁及次梁尺寸根據(jù)跨度大小確定。

圖1 二層結(jié)構(gòu)平面布置

2 結(jié)構(gòu)不規(guī)則性分析

(1)利用PKPM軟件對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算分析，結(jié)果顯示，在X向偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移平均值的比值(即位移比)為1.36，大于規(guī)范規(guī)定的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則限值1.2，故該結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

(3)由圖1計(jì)算可知，2層平面開洞面積占該層總面積的27.9 %，接近規(guī)范規(guī)定的樓板局部不連續(xù)限值30 %[1]。又⑧軸～⑩軸范圍Y向有效樓板寬度為13.1 m，該層樓板典型寬度為42.9 m, 有效樓板寬度占樓板典型寬度的比例為30.5 %，小于規(guī)范規(guī)定的樓板局部不連續(xù)限值50 %，故該結(jié)構(gòu)屬樓板局部不連續(xù)。

(4)由圖1、圖2可知，2層平面總寬度為46.6 m，3層平面總寬度為26.1 m，局部收進(jìn)的水平向尺寸為20.5 m，局部收進(jìn)尺寸占總尺寸的比例為44 %，大于規(guī)范規(guī)定的側(cè)向剛度不規(guī)則限值25 %，故該結(jié)構(gòu)屬于側(cè)向剛度不規(guī)則。

圖2 三層結(jié)構(gòu)平面布置

3 抗震加強(qiáng)措施

(1)針對扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，對PKPM軟件初次計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)最大位移比出現(xiàn)在軸交①軸節(jié)點(diǎn)處，故首先采取加大軸交①軸、⑧軸、⑩軸及軸處框架柱KZ1截面尺寸的方法減少位移比。計(jì)算顯示，當(dāng)KZ1截面尺寸由600 mm×600 mm增大到900 mm×800 mm時(shí)，位移比由1.36降低為1.24。因受建筑功能限制，無法再繼續(xù)加大KZ1截面尺寸，此時(shí)再采取加大軸處與KZ1相連框架梁KL1截面尺寸的措施。計(jì)算顯示，當(dāng)KL1截面尺寸由300 mm×750 mm加大為350 mm×850 mm時(shí)，位移比由1.24降低為1.19，小于規(guī)范限制1.2。

(2)針對凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)，分析圖1、圖2結(jié)構(gòu)平面布置特點(diǎn)，可判斷在水平地震作用下，圖中所示“區(qū)域一”為最不利部位，故需針對該部位采取抗震加強(qiáng)措施。具體措施為：將圖中區(qū)域一樓板厚度由常規(guī)的120 mm增加為150 mm，樓板配筋采用雙面雙向通長布置的方式，樓板最小配筋率由2 %提高到2.5 %，同時(shí)，將?軸、軸交⑧軸、⑩軸處框架柱KZ2截面尺寸由500 mm×500 mm增大為600 mm×600 mm，將⑧軸、⑩軸間連接KZ2的框架梁KL2截面尺寸由250 mm×600 mm增加為350 mm×750 mm，從而增強(qiáng)了該連接部位框架結(jié)構(gòu)的整體剛度，提高了其抗震性能。

(3)針對側(cè)向剛度不規(guī)則，分析可知圖1、圖2中“區(qū)域二”及“區(qū)域三”為側(cè)向剛度突變部位，在水平地震作用下，該區(qū)域?yàn)樽畈焕课?，故需針對該部位采取抗震加?qiáng)措施。具體措施為：將圖中區(qū)域二及區(qū)域三范圍框架柱及框架梁的抗震等級由四級提高為三級，從而增加了該部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋率，加強(qiáng)了抗震構(gòu)造措施，改善了結(jié)構(gòu)延性，提高了其抗震能力[2]。

(4)針對該結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)不規(guī)則性，除上述各項(xiàng)加強(qiáng)措施外，在建筑方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提出合理的防震縫設(shè)置方案，將平面或豎向布置不規(guī)則的結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)簡單、規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，從而避免不規(guī)則性的出現(xiàn)。

4 結(jié) 論

(1)利用PKPM軟件，對武漢地區(qū)某多層框架結(jié)構(gòu)商業(yè)建筑進(jìn)行了不規(guī)則性計(jì)算分析。分析表明，該結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)以及側(cè)向剛度不規(guī)則。針對上述各項(xiàng)不規(guī)則性，提出了相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施。

(2)計(jì)算結(jié)果表明，通過加大位移比最大節(jié)點(diǎn)處框架柱及與其相連框架梁的截面尺寸可有效降低結(jié)構(gòu)位移比；針對平面凹凸及樓板大開洞所形成的最不利部位，增加樓板厚度，提高樓板最小配筋率，增大該部位框架柱及框架梁的截面尺寸是有效的抗震加強(qiáng)措施；提高側(cè)向剛度突變部位框架柱及框架梁的抗震等級可有效的改善側(cè)向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震性能。在建筑方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提出合理的防震縫設(shè)置方案，將不規(guī)則的結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)簡單、規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，避免不規(guī)則結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。

[1] GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 于洋. 延性設(shè)計(jì)對框架結(jié)構(gòu)抗震能力的改善[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2009，24(9)：7551-7553.

何鑫(1983～)，男，工學(xué)碩士，工程師，從事結(jié)構(gòu)工程研究與設(shè)計(jì)；劉棟(1984～)，男，工學(xué)碩士，工程師，從事結(jié)構(gòu)工程研究與設(shè)計(jì)。

TU352.1

B

[定稿日期]2016-04-30