某L形超限高層框剪結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計加強措施

【摘要】結(jié)合某超限高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，對項目的具體工程概況以及結(jié)構(gòu)超限判斷進行了介紹與分析，并根據(jù)本項目的超限情況及軟件計算結(jié)果，提出了具有針對性的抗震加強措施以及對墻、柱、梁和板的抗震加強設(shè)計方法，并對一些共性問題進行了總結(jié)與探討。

【關(guān)鍵詞】超限高層;超限判斷;框剪結(jié)構(gòu);抗震加強措施

隨著全世界經(jīng)濟水平、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析方法以及施工技術(shù)手段的不斷進步和發(fā)展，現(xiàn)代建筑逐漸的呈現(xiàn)出超高化、形體多樣化和功能復(fù)雜化的特點，越來越多的超限高層建筑應(yīng)運而生。在高層建筑的設(shè)計過程中，抗震設(shè)計一直都是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個主要目標(biāo)，也是一個工程設(shè)計過程中的重點、難點。特別是針對超限高層的抗震設(shè)計，建設(shè)部在2002年就發(fā)布了111號令《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》，明確了在抗震設(shè)防區(qū)內(nèi)的超限高層項目需提交結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防設(shè)計論證報告。報告須對結(jié)構(gòu)的超限情況進行判斷分析，同時給出不同計算軟件在各種地震作用下的計算分析結(jié)果，并針對性的提出抗震加強措施，這些給當(dāng)代結(jié)構(gòu)設(shè)計師帶來了新的難點與挑戰(zhàn)。本文將結(jié)合具體工程實例對上述要點進行闡述與分析。

1、工程概況

某超高層酒店總建筑面積約3.7萬m2，主樓地上31層，地下2層，地上部分1-2層為商業(yè)裙房，3-31層為酒店，地下室為兩層車庫。建筑高度為139.6m，屋頂構(gòu)架結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高達到151.5m，地上部分各層層高均為4.5m，地下室兩層層高分別為5.2m、3.5m，基礎(chǔ)埋深約為9.0m。

本工程結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為50年，建筑安全等級為二級，建筑抗震設(shè)防分類為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第一組，場地類別為II類，設(shè)計基本加速度值為0.05g，場地特征周期為0.35s，框架及剪力墻抗震等級均為二級，整體計算嵌固端為地下室頂板。

本工程地上平面呈內(nèi)角為115度的L形，典型平面柱網(wǎng)為4.8mX6.7m及7.0mX7.9m，結(jié)構(gòu)布置詳見圖1。其中二層平面L形拐角處因酒店大堂要求通高大空間而導(dǎo)致大范圍樓板開洞且無框架梁拉結(jié);標(biāo)準(zhǔn)層因酒店房間功能單一，故除開拐角處、兩個核心筒、兩側(cè)山墻面布置有剪力墻外，其余均為框架+整跨樓板。

（a） 二層結(jié)構(gòu)布置平面

（b） 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置平面

2、結(jié)構(gòu)超限分析判斷

本超高層酒店采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，其抗側(cè)力體系主要由剪力墻形成第一道防線，混凝土柱形成第二道防線，水平設(shè)置連梁和框架梁形成主要耗能體系。酒店標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸為（41.5m+35.0m）x17.5m，結(jié)構(gòu)高寬比約為5.46（按最不利等效寬度25.57m計算），結(jié)構(gòu)高度139.6m大于130m，即超過規(guī)范規(guī)定的鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)的A級高度限值，屬于B級高度高層。

根據(jù)YJK2.0.3模型計算結(jié)果，結(jié)合建質(zhì)[2015]67號《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》中的條文規(guī)定，結(jié)構(gòu)考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.39>1.2;L形的平面形狀導(dǎo)致偏心率大于0.15、平面凹凸尺寸大于相應(yīng)邊長的30%;二層拐角處的門廳大堂開洞和電梯井洞太近，導(dǎo)致拐角處樓板有效寬度小于50%;同時二層的門廳大堂開洞也產(chǎn)生了局部的穿層柱。

綜上所述，本結(jié)構(gòu)存在：1a扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、1b偏心布置、2a凹凸不規(guī)則、3樓板不連續(xù)以及7局部穿層柱的問題，同時具有I類超限分類表中四項不規(guī)則，屬于B級高度超限高層結(jié)構(gòu)。

3、抗震加強措施

針對本工程的超限情況以及結(jié)構(gòu)布置，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，采取了多項加強措施以提高重要構(gòu)件及節(jié)點等的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 針對二道防線的措施

本工程剪力墻作為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的第一道防線，第二道防線為鋼筋混凝土柱與外框鋼筋混凝土梁組成的鋼筋混凝土框架，為保證第二道防線的可靠性，采取如下措施：

（1）在盡可能控制經(jīng)濟性能并不影響建筑功能的前提下，采取控制柱軸壓比、增大柱截面與加大外框梁截面的方式以提高外框架的抗側(cè)剛度，增加外框架的剪力分擔(dān)比。

（2）通過框架剪力按0.2V0與1.5Vf，max調(diào)整的方式，提高外框柱強度儲備，保證二道防線安全。

3.2 針對剪力墻的加強措施

為增強剪力墻的受力性能，改善剪力墻的延性，采取如下措施：

（1）嚴(yán)格控制加強區(qū)墻體在重力荷載代表值下的軸壓比在0.6以下，對樓板洞口周邊的剪力墻適當(dāng)加厚。

（2）在較長墻肢中設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口，以減小單片墻肢的長度和剛度。

（3）底部加強區(qū)域內(nèi)，提高角部墻體的約束邊緣構(gòu)件配筋率，提高加強區(qū)墻體的承載力和延性。

（4）嚴(yán)格控制剪力墻截面的剪應(yīng)力水平，適當(dāng)提高底部加強區(qū)剪力墻水平鋼筋的配筋率，以提高剪力墻的抗剪承載力。

（5）底部樓板洞口周邊剪力墻加強平面外墻肢約束，以提高其墻體穩(wěn)定能力。

（6）在不影響建筑功能的情況下，剪力墻設(shè)置邊框柱，并安規(guī)范要求設(shè)置暗梁。

3.3 針對外框柱的加強措施

（1）在盡可能控制經(jīng)濟性能并不影響建筑功能的前提下，適當(dāng)加大柱的截面，特別是樓板開洞周邊的框架柱，嚴(yán)格控制抗剪截面控制條件。

（2）嚴(yán)格控制柱在地震作用下的軸壓比，同時控制框架柱截面的剪應(yīng)力水平。

（3）底部加強區(qū)的框架柱適當(dāng)提高縱向鋼筋的截面面積（不小于柱截面面積的1.0%），增加框架柱剛度。

（4）越層柱全部采用加芯柱的鋼筋混凝土柱，適當(dāng)提高芯柱的配筋率，并嚴(yán)格控制其重力荷載代表值下的軸壓比，適當(dāng)提高越層柱箍筋的配筋率，對箍筋全高加密處理。

3.4 針對樓板的加強措施

（1）適當(dāng)增加中庭大堂洞口周邊相關(guān)區(qū)域及相鄰層樓板厚度和配筋率，并采用雙層雙向配筋加強、增設(shè)放射筋及角筋等加強措施。

（2）對電梯井前室、拐角部位樓板適當(dāng)加厚，并采用現(xiàn)澆混凝土和雙層雙向配筋加強。

（3）地下室頂板作為嵌固端，板厚不小于180mm，配筋雙層雙向且配筋率不小于0.25%。

（4）中間拐角部位樓板厚度和配筋適當(dāng)加強，特別是在L形平面內(nèi)凹角部位增設(shè)結(jié)構(gòu)板，并加強構(gòu)造處理。

3.5 針對框架梁的加強措施

（1）二層中庭洞口外邊框梁在大震下可能存在全截面受拉，故采取增大截面尺寸、梁全長通長配筋、箍筋全長加密的措施。

（2）標(biāo)準(zhǔn)層外框梁受扭嚴(yán)重，采取箍筋全長加密和設(shè)置抗扭腰筋的措施增強其抗扭能力。

（3）屋頂構(gòu)架層高度較高，且無樓板拉結(jié)，鞭梢效應(yīng)較大，采用增強框架配筋率、鋼筋采用機械連接的措施。

3.6 針對偏心布置的加強措施

主樓平面不規(guī)則，中部剪力墻主要集中在樓梯與電梯間一側(cè)，層偏心率大于0.15，采取如下加強措施：

（1）計算計入扭轉(zhuǎn)影響，嚴(yán)格控制在規(guī)定的水平力及偶然偏心作用下樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）的最大值與其平均值的比值大于1.5。

（2）適當(dāng)增加外框梁剛度和少墻側(cè)框架柱截面及配筋。

結(jié)語：

從上述對本工程的超限判定和抗震加強措施中，我們不難發(fā)現(xiàn)一些共性的問題和解決方法：

（1）對總高較高（如B級高度）的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強區(qū)豎向構(gòu)件的承載力及延性至關(guān)重要，一般都需要嚴(yán)控軸壓比、適當(dāng)加大配筋等方式來加強處理;同時還要通過長墻開洞及加大柱剛度等方式來合理調(diào)節(jié)墻與柱的剪力分擔(dān)，確保第一道防線的同時加強第二道防線。

（2）對平面呈L形的異形結(jié)構(gòu)，往往都存在偏心布置及凹凸不規(guī)則的問題，計算過程中周期及位移等指標(biāo)也較難算過，此時可在L形兩端設(shè)剪力墻、加強拐角處樓板以及適當(dāng)提高外框架剛度。

（3）對于樓板不連續(xù)及樓板開大洞的位置，則可通過加強洞口周邊所有構(gòu)件剛度、加大相鄰樓層相同位置的板厚及配筋等方式來處理。

參考文獻：

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[2]王微.超限高層建筑工程抗震設(shè)計中的若干問題[J].工程技術(shù)（文摘版），2016（24）：00030-00030.

[3]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

作者簡介：

周揚（1988-），男，漢族，湖南長沙，碩士研究生，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。