多層框架結構錯層部位的抗震設計與分析

張 明

1 工程概況

某茶園茶文化展示區(qū)座落于山東省泰安市，地上2 層，層高均為3 m，建筑總高度7.25 m，室內(nèi)外高差0.1 m，總建筑面積約為1153.8 m2，整個茶文化展示區(qū)屋頂均為坡屋頂。

該建筑物的結構形式為框架結構，所在地區(qū)的抗震設防烈度為6 度，地面粗糙度為B 類，設計地震分組為第三組，地震加速度為0.05g，該建筑場地類別為П 類，場地的特征周期為0.45 s，50 a 一遇的基本風壓為0.40 kN/m2。建筑抗震設防類別為標準設防類，結構的設計工作年限為50 a[1-3]。根據(jù)《山東省建設工程抗震設防條例》相關規(guī)定，按照不低于地震動峰值加速度分區(qū)值0.1 g 確定抗震設防要求，同時，本工程采用的抗震設防烈度為7 度，抗震等級按照三級計算[4]。

2 框架結構錯層位置結構設置

由于地理位置的原因，茶園茶文化展示區(qū)主樓8 軸線兩側位置存在高差，導致在8 軸線位置出現(xiàn)錯層，建筑平面布置如圖1 所示，建筑北立面布置如圖2 所示。

圖2 北立面圖（來源：作者自繪）

3 框架結構抗震彈性分析

本工程采用建筑結構計算軟件PKPM 進行整體計算分析及設計。

3.1 該結構整體參數(shù)

經(jīng)整體計算分析，框架結構整體第1 周期為0.6279 s，Y向整體平動系數(shù)為0.72，第2 周期0.5868 s，X向整體平動系數(shù)為0.99，第3 周期為0.5093 s，Y向整體平動系數(shù)為0.27。第1 周期與第2 周期以平動為主，第3 周期以扭轉為主，第3 周期的扭轉周期與第1 平動周期之比為0.81，小于0.90，滿足規(guī)范要求。X向地震工況下的全樓最大層間位移角為1/1155，Y向地震工況下的全樓最大層間位移角為1/896，均小于彈性層間位移角限值1/550，滿足要求[5]。

3.2 錯層處各點的層間位移角

8 軸線上分別與C軸、D軸以及E軸相交處節(jié)點的層間位移角數(shù)據(jù)如表1 ～表4 所示。

表1 X 向地震工況各節(jié)點位移角

表2 Y 向地震工況各節(jié)點位移角

表3 X+Y 地震（雙向效應）工況各節(jié)點位移角

表4 Y+X 地震（雙向效應）工況各節(jié)點位移角

3.3 錯層處各點的剪力

8 軸線上分別與C軸、D軸、E軸相交處柱的樓層剪力數(shù)據(jù)如表5、表6 所示。

表5 X 向地震工況柱的樓層剪力 單位：kN

表6 Y 向地震工況柱的樓層剪力 單位：kN

3.4 錯層處各點的柱底彎矩

8 軸線上分別與C軸、D軸、E軸相交處柱底彎矩如表7、表8 所示。

表7 X 向地震工況柱底彎矩 單位：KN·m

表8 Y 向地震工況柱底彎矩 單位：KN·m

3.5 錯層位置的加強措施

將8 軸左右兩側相關范圍內(nèi)的結構板的厚度由原來的120 mm 更改為150 mm，重新經(jīng)過整體計算分析，該框架結構的整體第1 周期為0.6297 s，Y向整體平動系數(shù)為0.73，第2 周期為0.5892 s，X向整體平動系數(shù)為0.99，第3 周期為0.5105 s，Y向整體平動系數(shù)為0.26。第1 周期與第2 周期以平動為主，第3 周期以扭轉為主，第3周期扭轉周期與第1 平動周期之比為0.81，小于0.90，滿足規(guī)范要求。X向地震工況下的全樓最大層間位移角為1/1144，Y向地震工況下的全樓最大層間位移角為1/887，均小于彈性層間位移角限值1/550，滿足要求[5]。

3.6 錯層處加強后各點的層間位移角

8 軸線上分別與C軸、D軸、E軸相交處節(jié)點的層間位移角數(shù)據(jù)如表9 ～表12 所示[6-8]。

表9 X 向地震工況各節(jié)點位移角

表10 Y 向地震工況各節(jié)點位移角

表11 X+Y 地震（雙向效應）工況各節(jié)點位移角

表12 Y+X 地震（雙向效應）工況各節(jié)點位移角

3.7 錯層處加強后各點的剪力

8 軸線上分別與C軸、D軸、E軸相交處柱的樓層剪力數(shù)據(jù)如表13、表14 所示。

表13 X 向地震工況柱的樓層剪力 單位：kN

表14 Y 向地震工況柱的樓層剪力 單位：kN

3.8 錯層處加強后各點的柱底彎矩

8 軸線上分別與D軸、E軸、F軸相交處柱底彎矩數(shù)據(jù)如表15、表16所示[9-11]。

表15 X 向地震工況柱底彎矩單位：KN·m

表16 Y 向地震工況柱底彎矩單位：KN·m

3.9 錯層處加強后的對比分析

經(jīng)過對比分析得出，隨著板厚的加大，錯層處相關的位移角會增大，傳遞地震剪力也會隨著板厚的增加而增大。

4 結語

錯層部位導致的樓板不連續(xù)，不利于傳遞整體水平力，因此錯層部位屬于結構抗震的薄弱部位。針對此問題，需要對錯層部位進行抗震設計與分析，充分考慮各種不利因素，保證結構設計的合理性和安全性。