某L形超限高層框剪結構的抗震設計加強措施

【摘要】結合某超限高層的結構設計實例，對項目的具體工程概況以及結構超限判斷進行了介紹與分析，并根據本項目的超限情況及軟件計算結果，提出了具有針對性的抗震加強措施以及對墻、柱、梁和板的抗震加強設計方法，并對一些共性問題進行了總結與探討。

【關鍵詞】超限高層;超限判斷;框剪結構;抗震加強措施

隨著全世界經濟水平、建筑結構設計分析方法以及施工技術手段的不斷進步和發展，現代建筑逐漸的呈現出超高化、形體多樣化和功能復雜化的特點，越來越多的超限高層建筑應運而生。在高層建筑的設計過程中，抗震設計一直都是結構設計中的一個主要目標，也是一個工程設計過程中的重點、難點。特別是針對超限高層的抗震設計，建設部在2002年就發布了111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》，明確了在抗震設防區內的超限高層項目需提交結構抗震設防設計論證報告。報告須對結構的超限情況進行判斷分析，同時給出不同計算軟件在各種地震作用下的計算分析結果，并針對性的提出抗震加強措施，這些給當代結構設計師帶來了新的難點與挑戰。本文將結合具體工程實例對上述要點進行闡述與分析。

1、工程概況

某超高層酒店總建筑面積約3.7萬m2，主樓地上31層，地下2層，地上部分1-2層為商業裙房，3-31層為酒店，地下室為兩層車庫。建筑高度為139.6m，屋頂構架結構頂標高達到151.5m，地上部分各層層高均為4.5m，地下室兩層層高分別為5.2m、3.5m，基礎埋深約為9.0m。

本工程結構形式為框架-剪力墻結構，設計使用年限為50年，建筑安全等級為二級，建筑抗震設防分類為丙類，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組，場地類別為II類，設計基本加速度值為0.05g，場地特征周期為0.35s，框架及剪力墻抗震等級均為二級，整體計算嵌固端為地下室頂板。

本工程地上平面呈內角為115度的L形，典型平面柱網為4.8mX6.7m及7.0mX7.9m，結構布置詳見圖1。其中二層平面L形拐角處因酒店大堂要求通高大空間而導致大范圍樓板開洞且無框架梁拉結;標準層因酒店房間功能單一，故除開拐角處、兩個核心筒、兩側山墻面布置有剪力墻外，其余均為框架+整跨樓板。

（a） 二層結構布置平面

（b） 標準層結構布置平面

2、結構超限分析判斷

本超高層酒店采用框架-剪力墻結構體系，其抗側力體系主要由剪力墻形成第一道防線，混凝土柱形成第二道防線，水平設置連梁和框架梁形成主要耗能體系。酒店標準層平面尺寸為（41.5m+35.0m）x17.5m，結構高寬比約為5.46（按最不利等效寬度25.57m計算），結構高度139.6m大于130m，即超過規范規定的鋼筋混凝土框剪結構的A級高度限值，屬于B級高度高層。

根據YJK2.0.3模型計算結果，結合建質[2015]67號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》中的條文規定，結構考慮偶然偏心的扭轉位移比為1.39>1.2;L形的平面形狀導致偏心率大于0.15、平面凹凸尺寸大于相應邊長的30%;二層拐角處的門廳大堂開洞和電梯井洞太近，導致拐角處樓板有效寬度小于50%;同時二層的門廳大堂開洞也產生了局部的穿層柱。

綜上所述，本結構存在：1a扭轉不規則、1b偏心布置、2a凹凸不規則、3樓板不連續以及7局部穿層柱的問題，同時具有I類超限分類表中四項不規則，屬于B級高度超限高層結構。

3、抗震加強措施

針對本工程的超限情況以及結構布置，在結構抗震設計中，采取了多項加強措施以提高重要構件及節點等的設計標準。

3.1 針對二道防線的措施

本工程剪力墻作為結構抗側力的第一道防線，第二道防線為鋼筋混凝土柱與外框鋼筋混凝土梁組成的鋼筋混凝土框架，為保證第二道防線的可靠性，采取如下措施：

（1）在盡可能控制經濟性能并不影響建筑功能的前提下，采取控制柱軸壓比、增大柱截面與加大外框梁截面的方式以提高外框架的抗側剛度，增加外框架的剪力分擔比。

（2）通過框架剪力按0.2V0與1.5Vf，max調整的方式，提高外框柱強度儲備，保證二道防線安全。

3.2 針對剪力墻的加強措施

為增強剪力墻的受力性能，改善剪力墻的延性，采取如下措施：

（1）嚴格控制加強區墻體在重力荷載代表值下的軸壓比在0.6以下，對樓板洞口周邊的剪力墻適當加厚。

（2）在較長墻肢中設置結構洞口，以減小單片墻肢的長度和剛度。

（3）底部加強區域內，提高角部墻體的約束邊緣構件配筋率，提高加強區墻體的承載力和延性。

（4）嚴格控制剪力墻截面的剪應力水平，適當提高底部加強區剪力墻水平鋼筋的配筋率，以提高剪力墻的抗剪承載力。

（5）底部樓板洞口周邊剪力墻加強平面外墻肢約束，以提高其墻體穩定能力。

（6）在不影響建筑功能的情況下，剪力墻設置邊框柱，并安規范要求設置暗梁。

3.3 針對外框柱的加強措施

（1）在盡可能控制經濟性能并不影響建筑功能的前提下，適當加大柱的截面，特別是樓板開洞周邊的框架柱，嚴格控制抗剪截面控制條件。

（2）嚴格控制柱在地震作用下的軸壓比，同時控制框架柱截面的剪應力水平。

（3）底部加強區的框架柱適當提高縱向鋼筋的截面面積（不小于柱截面面積的1.0%），增加框架柱剛度。

（4）越層柱全部采用加芯柱的鋼筋混凝土柱，適當提高芯柱的配筋率，并嚴格控制其重力荷載代表值下的軸壓比，適當提高越層柱箍筋的配筋率，對箍筋全高加密處理。

3.4 針對樓板的加強措施

（1）適當增加中庭大堂洞口周邊相關區域及相鄰層樓板厚度和配筋率，并采用雙層雙向配筋加強、增設放射筋及角筋等加強措施。

（2）對電梯井前室、拐角部位樓板適當加厚，并采用現澆混凝土和雙層雙向配筋加強。

（3）地下室頂板作為嵌固端，板厚不小于180mm，配筋雙層雙向且配筋率不小于0.25%。

（4）中間拐角部位樓板厚度和配筋適當加強，特別是在L形平面內凹角部位增設結構板，并加強構造處理。

3.5 針對框架梁的加強措施

（1）二層中庭洞口外邊框梁在大震下可能存在全截面受拉，故采取增大截面尺寸、梁全長通長配筋、箍筋全長加密的措施。

（2）標準層外框梁受扭嚴重，采取箍筋全長加密和設置抗扭腰筋的措施增強其抗扭能力。

（3）屋頂構架層高度較高，且無樓板拉結，鞭梢效應較大，采用增強框架配筋率、鋼筋采用機械連接的措施。

3.6 針對偏心布置的加強措施

主樓平面不規則，中部剪力墻主要集中在樓梯與電梯間一側，層偏心率大于0.15，采取如下加強措施：

（1）計算計入扭轉影響，嚴格控制在規定的水平力及偶然偏心作用下樓層兩端彈性水平位移（或層間位移）的最大值與其平均值的比值大于1.5。

（2）適當增加外框梁剛度和少墻側框架柱截面及配筋。

結語：

從上述對本工程的超限判定和抗震加強措施中，我們不難發現一些共性的問題和解決方法：

（1）對總高較高（如B級高度）的框架-剪力墻結構，底部加強區豎向構件的承載力及延性至關重要，一般都需要嚴控軸壓比、適當加大配筋等方式來加強處理;同時還要通過長墻開洞及加大柱剛度等方式來合理調節墻與柱的剪力分擔，確保第一道防線的同時加強第二道防線。

（2）對平面呈L形的異形結構，往往都存在偏心布置及凹凸不規則的問題，計算過程中周期及位移等指標也較難算過，此時可在L形兩端設剪力墻、加強拐角處樓板以及適當提高外框架剛度。

（3）對于樓板不連續及樓板開大洞的位置，則可通過加強洞口周邊所有構件剛度、加大相鄰樓層相同位置的板厚及配筋等方式來處理。

參考文獻：

[1]呂西林.超限高層建筑工程抗震設計指南[M].同濟大學出版社，2009.

[2]王微.超限高層建筑工程抗震設計中的若干問題[J].工程技術（文摘版），2016（24）：00030-00030.

[3]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].

作者簡介：

周揚（1988-），男，漢族，湖南長沙，碩士研究生，工程師，主要從事結構設計工作。