框架結構底層一側擋土的結構設計

孫翠玲SUN Cui-ling；李寶花LI Bao-hua；井彥青JING Yan-qing；季則亮JI Ze-liang；姜永光JIANG Yong-guang；李麗LI Li；徐貴成XU Gui-cheng；王連花WANG Lian-hua

（①青島市規劃建筑服務中心，青島266000；②青島騰遠設計事務所有限公司，青島266000；③青島建設裝飾集團有限公司，青島266000；④青島三和施工圖審查有限公司，青島266000）

1 工程概況

某項目位于山東省青島市嶗山區，項目功能為倉儲庫房，東、南、西三側地上6 層，北側室外地面比另三側高出一層，也就是北側地上5 層；按6 層算結構高度31.2m；無地下室；采用框架結構體系，平面尺寸73.5m×22.9m，總建筑面積為1.01 萬m2。建筑一層平面圖如圖1，二層～六層平面圖見圖2，剖面圖如圖3 所示。

圖1 建筑一層平面圖

圖2 二層～六層平面圖

圖3 剖面圖

2 結構設計條件

工程設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為丙級，建筑抗震設防等級為標準設防類，地面粗糙度為B 類，建筑場地類別為Ⅱ類。抗震設防烈度7 度，設計基本地震加速度0.10g，設計地震分組第三組，框架抗震等級二級。

根據甲方提供的勘察報告，選⑥-1 中風化煌斑巖為持力層，承載力特征值為1000kPa，基礎形式為擴展基礎。

3 結構形式選擇及結構布置

本項目結構設計特點是項目北側地面比其它三面高出一層，對如何消除擋土側土體水平力和擋土墻對結構整體剛度影響做了多方案分析研究，第一個方案是北側建自重式擋土墻且墻頂做蓋板與主體結構滑動連接，第二個方案是擋土墻做為主體結構的外墻，第三個方案是混凝土擋土墻做在北排框架柱的外側，擋土墻與主體結構縱向可滑動，但土體的水平力又能傳主體結構上。

3.1 第一方案 第一個方案是北側建自重式擋土墻且墻頂做蓋板與主體結構滑動連接，剖面見圖4。

圖4 第一方案剖面圖

這個方案優點是構件受力相互獨立，各自的受力分析較單一、受力明確，且這種情況下，主體結構的構造也相對簡單，缺點是造價高。

3.2 第二方案 第二個方案是擋土墻做為主體結構的外墻，剖面如圖5。

圖5 第二方案剖面圖

這個方案的優點是施工簡單，缺點是主體結構擋土墻一側剛度過大帶來結構剛心偏置和扭轉位移比過大。

3.3 第三方案 第三個方案是混凝土擋土墻做在北排框架柱的外側，擋土墻與主體結構縱向可滑動，但土體的水平力又能傳主體結構上剖面圖如圖6 所示。

圖6 第二方案剖面圖

這個方案的優點是節約了場地資源，利用了場地空間，擋土墻剛度傳不到主體結構上，避免了剛心偏置和扭轉位移比過大，又利用了主體結構的剛度抵抗擋土墻的水平力。

4 計算分析

用SAUSAGE 對結構進行了彈塑性時程分析。根據不同的結構方案，建立了三個不同的模型，模型一對應于結構布置方案一；模型二對應于結構布置方案二；模型三對應于結構布置方案三。

根據抗震規范，采用時程分析時，選取了一條人工波，兩條天然波，且多組時程曲線的平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線（規范譜）在統計意義上相符。地震波波形圖如圖7，地震波反應譜曲線與規范譜曲線對比如圖8。對比了每個方案的最大基底剪力、剪重比、位移角和構件損傷。

4.1 樓層剪力

彈塑性層間剪力計算結果，方案一，X 向彈塑性基底剪力平均值為11.8MN，Y 向彈塑性基底剪力平均值為13.7MN。方案二，X 向彈塑性基底剪力平均值為12.5MN，Y 向彈塑性基底剪力平均值為13.67MN。方案三，X 向彈塑性基底剪力平均值為11.83MN，Y 向彈塑性基底剪力平均值為13.8MN。

多遇地震彈性計算結果，方案一和方案三，X 向基底剪力平均值為3.7MN，Y 向基底剪力平均值為3.6MN。方案二，X 向基底剪力平均值為3.97MN，Y 向基底剪力平均值為4.01MN。

4.2 位移角

圖7 地震波波形圖

圖8 地震波反應譜與規范譜對比圖

層間彈塑性位移角，三種方案計算結果顯示，最大層間位移角均能滿足規范要求。

小震下彈性層間位移角，方案一和方案三，X 向最大層間位移角為1/716，X 方向最大位移與層平均位移的比值：1.01，Y 方向最大層間位移角為1/632，Y 方向最大位移與層平均位移的比值：1.05；方案二，X 向最大層間位移角為1/745，X 方向最大位移與層平均位移的比值：1.57，Y 方向最大層間位移角為1/732，Y 方向最大位移與層平均位移的比值：1.04。

4.3 構件損傷情況

用GAP 單元鏈接建立模型三，初始縫設置為5mm，主體結構向擋墻方向運動時，設擋墻不動發生碰撞，主體結構向擋墻反方向運動時，兩者脫開。方案一～方案三，①軸邊跨損傷圖如圖9 所示，西南角局部損傷圖如圖10 可以看出，方案一和方案三，大部分梁和柱為輕微和輕度損傷；方案二中，大部分梁和柱子為中度損傷，均滿足抗震性能要求。

圖9 軸邊跨損傷圖

圖10 西南角局部損傷圖

5 節點設計

擋墻與主體結構間設縫脫開，擋墻頂縱向與主體結構間貼EPS 可壓縮板，縱向可以滑動；水平向和主體結構間貼XPS 擠塑板，擠塑板有一定彈性，可以壓縮，又有一定的硬度，可以傳遞水平力，但擋墻剛度不傳遞到主體結構上，避免了主體結構剛心偏置和扭轉位移比過大。

圖11 擋墻與主體結構剖面圖

6 結語

對擋土墻與主體相連的方案進行了大震作用下彈塑性分析，分析顯示大震作用下東南和西南角部框架柱扭轉破壞較重并給出了相應加強措施；對擋土墻與主體結構滑動可連接的方案，進行了擋土墻對主體結構在大震作用下的碰撞分析，分析顯示構件損傷滿足大震下性能目標。這個方案節約了場地資源，利用了場地空間且主體結構抗震性能好，建議甲方優先采用擋土墻與主體間又能傳遞水平力又不對主體傳遞剛度的方案。