上海金山新城多層商業建筑中的框架結構設計應用

夏先清

摘 要：城市中人口集中的地方就會有配套的生活設施，包括醫院、學校、酒店和超市等，其中的商業圈也是休閑娛樂必不可少的一部分。商業建筑因其人員流動性大，功能靈活，開間大，因此采用框架結構的形式比較多。框架結構具有傳力明確、結構布置靈活、抗震性和整體性好的優點。該文通過實際工程出發，簡單介紹了商業建筑中的框架結構設計要點和實用性，并總結了一些自己的經驗和設計概念。

關鍵詞：多層建筑 商業 鋼筋混凝土框架結構 軸壓比

中圖分類號：TU112 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0072-03

不同的結構類型，在結構模型計算時遵循的規范和受力特點是不相同的。具體的工程，遇到問題的解決辦法也不一定相同。只有通過對結構模型的輸入計算，多次重復地演算，才能找到適合每一個工程的合理方法。事實上在結構方案階段，結構的布置和選型、結構的計算模型、結構構件的設計和調整，以至于在簡單的樓面板配筋的結構設計全過程中，都要尋求科學合理的方法，使計算結果滿足規范的限值要求。

1 鋼筋混凝土框架結構的受力特性

框架結構的主要受力構件為框架柱和梁，桿件主要靠混凝土的受壓，鋼筋受拉平衡外力，但混凝土和鋼筋的力學性能相差很大，混凝土從受壓到壓碎，變形量很小，屬脆性破壞；鋼筋受拉從屈服到拉斷，變形過程很長，延性良好。因此合理地設計框架梁、柱的截面能有效地提高框架結構的抗震性能。

柱是框架結構中最主要的承重構件，要使框架結構具有較好的抗震性能，應確保柱具有足夠的承載力和必要的延性。“強柱弱梁”的概念要求在強烈地震作用下，結構發生較大側移進入非彈性階段時，為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒塌，要求實現梁鉸側移機構，即塑性鉸應首先在梁上形成，盡可能避免在危害更大的柱上出現塑性鉸。“強剪弱彎”的概念是在彎曲破壞之前不發生剪切破壞。

2 工程概況及基本設計參數

該工程為金山新城區B8地塊商品房（商業）項目二期-11#商業，位于上海市金山區。結構形式為框架結構，地下室一層，地上五層，局部突出屋面六層，東西長122.4 m，南北寬41.1 m，建筑總面積為22 982 ㎡，其中地下室4 822 ㎡。建筑的總高度為23.95 m，建筑平面近似矩形，入口有切角。

該工程設計使用年限50年，結構安全等級為二級，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.10 g，地面粗糙度為B類，場地類別為IV類，抗震設防分類為重點設防類（乙類），框架抗震等級為二級，地基基礎設計等級為乙級。基礎采用承臺樁基礎與筏板基礎相結合的形式，樁選用邊長450的HKFZ先張法預應力混凝土方樁，筏板厚度為600 mm。地下室頂板作為嵌固部位，板厚為180 mm，上部結構中間設縫，分為左、右兩個塔樓計算。左塔一層、二層均為大型綜合超市，三層為普通商業，四層、五層為電影院；右塔一層為電業站和普通商業，其余各層均為普通商業。

3 結構平面布置

該工程的結構平面布置較簡單，呈矩形布置。由于甲方對功能的要求，均是大開間的商業空間，柱網大多為8.4 m×8.1 m，具體見平面圖1、2、3。

多層商業建筑因其功能靈活，配套的設備用房也較多。該工程地下室一層為車庫和設備用房，未做人防工程。結構設計的初步階段，考慮了整個受力體系，提出了純框架結構的設計想法，鋼筋混凝土墻僅作為地下室的圍護外墻。整體建模時，不考慮混凝土墻的承擔力。

4 框架結構的概念設計

（1）該工程是大型商業建筑，屬于乙類建筑，框架抗震等級為二級。按照《混凝土結構設計規范》第11.4.16條，柱的軸壓比限值為0.75。軸壓比是影響柱子破壞形態和延性的主要因素之一。軸壓比是指柱組合的軸壓力設計值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強度設計值乘積之比值，以N/fc*bc*hc表示。柱的位移延性隨軸壓比增大而急劇下降，尤其在高軸壓比條件下，箍筋對柱的變形能力影響不明顯。隨軸壓比的大小，柱將呈現兩種破壞形態，即混凝土壓碎而受拉鋼筋并未屈服的小偏心受壓破壞和受拉鋼筋首先屈服具有較好延性的大偏心受壓破壞。框架柱的抗震設計一般應控制在大偏心受壓破壞范圍。因此，在結構設計中，軸壓比的限值一定要在規范規定的范圍內，嚴格控制軸壓比的大小。

（2）由于該建筑體型較長，在中間增設防震縫的同時，并增設了兩條后澆帶。根據《建筑抗震設計規范》第6.1.4條，框架結構房屋的防震縫寬度，當高度不超過15 m時不應小于100 mm；當高度超過15 m時，7度每增加4 m，宜加寬20 mm。按該建筑的高度，設縫寬度為160 mm。

（3）該工程分為左、右兩塔樓計算，左塔樓在建筑功能分區上主要為大型超市和電影院，超市樓面荷載由甲方提出不小于7.0 KN/m2，電影院的荷載另行按實際計算；右塔主要為普通商業，樓面活荷載不小于3.5 KN/m2。因此，模型輸入時，為使兩方向的剛度均衡，梁的布置采用十字交叉梁，主梁主要尺寸為350×800，次梁主要為250×600。外圍邊框梁的截面尺寸增大，為350×850、350×900等，提高周邊抗扭剛度。

（4）樓面活荷載偏大，普通商業區域，設計時板厚均不小于120 mm。 超市和電影院的樓板厚度加厚，超市板厚為130 mm，電影院為150 mm，并按實際考慮荷載大小。左塔大面積樓板開洞的四周，板均設為彈性樓板，梁、板、柱的鋼筋全部加強，雙層雙向配筋。地下室頂板的活荷載按不小于5.0 KN/m2計算，并構造加強配筋。電影院的樓面荷載按等效均布活荷載的確定方法，通過計算確定為6.0～10 KN/m2不等，根據建筑的座位排布具體布置荷載。影院大廳的框架柱為躍層柱，計算長度系數按規范予以增大，施工圖設計時，柱箍筋全長加密，并增大配筋。

（5）初步設計時，模型的扭轉剛度偏大。經過多次計算，減小結構內部的剛度，加強外圍的剛度，減小扭轉效應。按框架結構計算的彈性層間位移角限值為1/550，角柱的位移偏大，不滿足要求。采取增大外圍框架梁的截面尺寸，加寬加高，合理地增加角柱的截面，提高抗側剛度，使計算結構滿足規范的限值。

樓板大開洞和屋面網架的削弱，平面不規則導致了平面剛度不均勻。但實際上網架的剛度很大，為了讓模型計算更接近實際，屋面網架處按剛性桿件輸入，并在平面輸入網架吊頂等的恒載和活載，以及由網架公司提供的網架傳給框架柱的內力，主要以軸力為主。模型計算時考慮了所有可能的荷載，更真實地反映了結構的受力情況。

（6）地下室砼墻的設計，因未參與結構的整體計算，僅作為地下室擋土墻設計配筋和構造，并滿足裂縫的要求。實際計算中模擬了兩個模型計算，一是帶地下室砼墻的模型計算，另一個是不帶地下室砼墻的計算，兩者計算比較受力情況，配筋對框架結構的影響取大值。

（7）施工圖設計時，采取了很多構造加強的措施，以保證結構的安全性。樓板的厚度和配筋，重要部位的梁、柱箍筋的全長加密，縱筋也相應加強。樓梯間抗震等級的提高和配筋的加大等，加強了結構的整體性。

5 結語

具體工程，實際分析，尋求最合適的解決方法，是結構設計中理論與實際相結合的根本。多層建筑的鋼筋混凝土框架結構設計，雖未及高層建筑結構設計的難度，但因其在工業與民用建筑中的廣泛應用，功能和建筑需求的多樣化，模型計算中細節的處理方法尤為重要。只有在實際工程中不斷地積累經驗，才能更好地解決結構設計中的一些問題。

參考文獻

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