“九寨溝8·8地震”中某回字形平面建筑物的震害分析及結構抗震設計淺論

張宏仁， 侯 杰

(1.泰合集團，四川成都 610031； 2.中國建筑西南設計研究院有限公司， 四川成都 610042)

回字形平面的建筑物，以其簡潔的功能流線、良好的采光和通風效果備受建筑師和業(yè)主方的青睞，廣泛應用于學校、醫(yī)院和研究中心的建筑，并且有著廣泛的應用前景[1]。然而，回字形平面的建筑物，因其平面特性，在結構設計界爭議較多，設計的原則也不盡相同。本文就“九寨溝8·8”震后某回字形平面的酒店結構受損情況及特點，基于實際震害調研及計算對比分析，提出了回字形平面多層框架結構設計時是否設置抗震縫及抗震設計的一些建議。

1 結構在地震中的破壞情況

“九寨溝8·8地震”中，某回字形平面的酒店受損嚴重。酒店為5層框架結構，于腹部位置設置兩條抗震縫，將回字形平面分割成為兩個U形平面。實際震損情況為：建筑的四個角部結構構件損傷明顯(圖1)；抗震縫明顯拉開，且各層拉開的寬度均不一致，出現(xiàn)中間樓層大、頂部和底部樓層小的情況(圖2、圖3)；U字形平面的兩個端頭樓梯間破壞嚴重，樓梯梯柱出現(xiàn)裂縫，隔墻本身拉裂，隔墻與主體結構拉裂(圖4)。

圖1 結構梁震損

圖2 抗震縫結構震損

圖3 抗震縫結構震損

圖4 樓梯間震損

2 結構設計的爭議及問題

回字形平面的樓板因為中部大開洞，導致樓板不連續(xù)，尤其對于框架結構的樓梯、電梯位置，樓板的有效寬度小于該層樓板典型寬度的50 %。以上在規(guī)范中屬于平面不規(guī)則之一項[2]。但是，也有學者認為，回字形平面的建筑因其特殊性決定了平面?zhèn)鬟f水平力的可靠性，雖然在大洞口的角點會出現(xiàn)較大的拉應力，腹板和翼緣的樓板面會出現(xiàn)較大的拉應力，角柱也會出現(xiàn)較大的側移，但是結構的整體性較好，因此并不認為屬于樓板不連續(xù)范疇。

基于上述爭議，回字形平面的建筑，設置結構抗震縫，將回字形分割成為規(guī)則的矩形或者L形，可以很好地避免平面不規(guī)則的出現(xiàn)[3]。然而，如果按照規(guī)范的規(guī)定來設置縫寬，實際震害表明，在建筑物遭遇到大震的情況下，抗震縫根本不能滿足建筑物的自由位移，往往抗震縫的兩側，因為碰撞成為建筑破壞最嚴重的部位。

3 三種結構平面的模擬計算

本工程的典型回字形平面通過抗震縫分割成為兩個U形平面(圖5)，另補充一個分割成為兩個L形平面的情況(圖6)，兩種分割做法與不設縫的回字形平面(圖7)進行對比計算對比分析。

圖5 兩個U形

圖6 兩個L形

圖7 一個回形

本文采用SAP2000有限元分析軟件，建立一個5層框架結構模型，模擬多遇地震下的結構受力分析，得到三種布置方式的結構在地震作用下的最大層間位移角如表1所示，回形平面的典型樓板兩個方向的平面應力如圖8、圖9所示。工程所在地區(qū)抗震設防烈度為8度，地震加速度0.20g，地震分組為第三組，場地土類別為Ⅱ類，基本風壓0.3 kN/m2，基本雪壓0.2 kN/m2。

表1 三種平面的計算結果對比

圖8 Fx平面應力

圖9 Fy平面應力

4 計算結果的對比分析

對比三種平面的計算結果，可以看出：

(1)U形和L形平面最大層間位移角較大，雖滿足規(guī)范不超過1/550的要求，但實際變形已較大。在大震作用下，抗震縫位置不可避免會發(fā)生碰撞破壞，且如將樓梯間設置在此位置，則造成樓梯間的破壞，從而破壞了豎向逃生通道。

(2)根據(jù)最大平動周期可知，U形與L形平面類型為開敞式平面，結構周期較大，剛度較??；回形為封閉式平面，結構周期小，剛度較大。

(3)根據(jù)最大層間位移與平均層間位移比可知，U形與L形平面較回形平面的平面規(guī)則性較差，位移比值較大，抗扭轉性能較差。

(4)地震作用下，回字形平面的腹板和翼緣相交處樓板應力最大，存在應力集中現(xiàn)象；整個樓板的拉應力較大，這是結構整體變形協(xié)調所致。

5 結論及建議

(1)回字形平面結構，整體剛度較大，腹板及翼緣協(xié)調工作。若分為規(guī)則的平面形狀，其在地震作用下位移較大，建筑物之間碰撞損害明顯，故建議不設縫。

(2)角部的構件在設計計算過程中應單獨定義加強。

(3)樓板寬度較小的腹板位置，板厚宜加大或者板鋼筋應通長設置，通過樓板應力分析有針對性的加強樓板薄弱部位。

(4)天井角部出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，可通過加強配筋、增加板厚解決。

(5)在具體工程項目設計中，天井周圍邊梁為溫度應力較大的地方，可適當加大梁頂和腰筋；在腹板中間設置后澆帶，解決施工期間混凝土收縮引起的拉應力過大的問題。