上海金山新城多層商業(yè)建筑中的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)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(shè)施，包括醫(yī)院、學(xué)校、酒店和超市等，其中的商業(yè)圈也是休閑娛樂必不可少的一部分。商業(yè)建筑因其人員流動性大，功能靈活，開間大，因此采用框架結(jié)構(gòu)的形式比較多。框架結(jié)構(gòu)具有傳力明確、結(jié)構(gòu)布置靈活、抗震性和整體性好的優(yōu)點(diǎn)。該文通過實(shí)際工程出發(fā)，簡單介紹了商業(yè)建筑中的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和實(shí)用性，并總結(jié)了一些自己的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)概念。

關(guān)鍵詞：多層建筑 商業(yè) 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu) 軸壓比

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

不同的結(jié)構(gòu)類型，在結(jié)構(gòu)模型計(jì)算時遵循的規(guī)范和受力特點(diǎn)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(jié)構(gòu)模型的輸入計(jì)算，多次重復(fù)地演算，才能找到適合每一個工程的合理方法。事實(shí)上在結(jié)構(gòu)方案階段，結(jié)構(gòu)的布置和選型、結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和調(diào)整，以至于在簡單的樓面板配筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過程中，都要尋求科學(xué)合理的方法，使計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范的限值要求。

1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的受力特性

框架結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)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(xué)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(shè)計(jì)框架梁、柱的截面能有效地提高框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。

柱是框架結(jié)構(gòu)中最主要的承重構(gòu)件，要使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，應(yīng)確保柱具有足夠的承載力和必要的延性。“強(qiáng)柱弱梁”的概念要求在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生較大側(cè)移進(jìn)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(shí)現(xiàn)梁鉸側(cè)移機(jī)構(gòu)，即塑性鉸應(yīng)首先在梁上形成，盡可能避免在危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸。“強(qiáng)剪弱彎”的概念是在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞。

2 工程概況及基本設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程為金山新城區(qū)B8地塊商品房（商業(yè)）項(xiàng)目二期-11#商業(yè)，位于上海市金山區(qū)。結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，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(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)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(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），框架抗震等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級。基礎(chǔ)采用承臺樁基礎(chǔ)與筏板基礎(chǔ)相結(jié)合的形式，樁選用邊長450的HKFZ先張法預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)中間設(shè)縫，分為左、右兩個塔樓計(jì)算。左塔一層、二層均為大型綜合超市，三層為普通商業(yè)，四層、五層為電影院；右塔一層為電業(yè)站和普通商業(yè)，其余各層均為普通商業(yè)。

3 結(jié)構(gòu)平面布置

該工程的結(jié)構(gòu)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(yè)空間，柱網(wǎng)大多為8.4 m×8.1 m，具體見平面圖1、2、3。

多層商業(yè)建筑因其功能靈活，配套的設(shè)備用房也較多。該工程地下室一層為車庫和設(shè)備用房，未做人防工程。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步階段，考慮了整個受力體系，提出了純框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)想法，鋼筋混凝土墻僅作為地下室的圍護(hù)外墻。整體建模時，不考慮混凝土墻的承擔(dān)力。

4 框架結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

（1）該工程是大型商業(yè)建筑，屬于乙類建筑，框架抗震等級為二級。按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)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(tài)和延性的主要因素之一。軸壓比是指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(xiàn)兩種破壞形態(tài)，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(shè)計(jì)一般應(yīng)控制在大偏心受壓破壞范圍。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸壓比的限值一定要在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制軸壓比的大小。

（2）由于該建筑體型較長，在中間增設(shè)防震縫的同時，并增設(shè)了兩條后澆帶。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.4條，框架結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度，當(dāng)高度不超過15 m時不應(yīng)小于100 mm；當(dāng)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(shè)縫寬度為160 mm。

（3）該工程分為左、右兩塔樓計(jì)算，左塔樓在建筑功能分區(qū)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(shí)際計(jì)算；右塔主要為普通商業(yè)，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(yè)區(qū)域，設(shè)計(jì)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(shí)際考慮荷載大小。左塔大面積樓板開洞的四周，板均設(shè)為彈性樓板，梁、板、柱的鋼筋全部加強(qiáng)，雙層雙向配筋。地下室頂板的活荷載按不小于5.0 KN/m2計(jì)算，并構(gòu)造加強(qiáng)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(jì)算確定為6.0～10 KN/m2不等，根據(jù)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(jì)算長度系數(shù)按規(guī)范予以增大，施工圖設(shè)計(jì)時，柱箍筋全長加密，并增大配筋。

（5）初步設(shè)計(jì)時，模型的扭轉(zhuǎn)剛度偏大。經(jīng)過多次計(jì)算，減小結(jié)構(gòu)內(nèi)部的剛度，加強(qiáng)外圍的剛度，減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。按框架結(jié)構(gòu)計(jì)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(cè)剛度，使計(jì)算結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范的限值。

樓板大開洞和屋面網(wǎng)架的削弱，平面不規(guī)則導(dǎo)致了平面剛度不均勻。但實(shí)際上網(wǎng)架的剛度很大，為了讓模型計(jì)算更接近實(shí)際，屋面網(wǎng)架處按剛性桿件輸入，并在平面輸入網(wǎng)架吊頂?shù)鹊暮爿d和活載，以及由網(wǎng)架公司提供的網(wǎng)架傳給框架柱的內(nèi)力，主要以軸力為主。模型計(jì)算時考慮了所有可能的荷載，更真實(shí)地反映了結(jié)構(gòu)的受力情況。

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

（7）施工圖設(shè)計(jì)時，采取了很多構(gòu)造加強(qiáng)的措施，以保證結(jié)構(gòu)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(yīng)加強(qiáng)。樓梯間抗震等級的提高和配筋的加大等，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。

5 結(jié)語

具體工程，實(shí)際分析，尋求最合適的解決方法，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中理論與實(shí)際相結(jié)合的根本。多層建筑的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖未及高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，但因其在工業(yè)與民用建筑中的廣泛應(yīng)用，功能和建筑需求的多樣化，模型計(jì)算中細(xì)節(jié)的處理方法尤為重要。只有在實(shí)際工程中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，才能更好地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題。

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