九度区某宾馆主体结构设计

郭武 金文武

【摘要】：根据工程实例，阐述了九度区高烈度设防区建筑物抗震设计要点。利用"强剪弱弯"、"强柱弱梁"、"强墙肢弱连梁"的结构设计原则，确保竖向构件在大震作用下内力重分布后仍具有足够的承载力。而局部采用弱连梁作为耗能构件是确保结构传力途径通畅的技术保证。

【关键词】： 九度区 抗震 框架柱 剪力墙 连梁

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1．工程概况

四川省西昌市某宾馆，九度设防，地面以上共10层，地下2层为地下室；建筑面积10000m2，建筑总高度为40m，地下室为停车库及设备用房，1~三层为餐饮娱乐，四层以上为客房，层高一层为4.8m，二层为4.2m，其余上部各层均为3.60m。

2.结构平面布置及体系分析

结合建筑平面布置，主体采用框架剪力墙结构体系。因建筑北面L轴纵向墙体不能落地，故在中间部位采用较密集框架柱结构形式，在建筑物两端布置抗震墙，并尽量使抗震墙形成约束围合筒体，增强结构抗震性能。由于11~12轴中间建筑专业布置为车道，中间无法布置框架柱，且考虑《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)(以下简称《高规》)横向剪力墙间距要求（L≤2B），在11及12轴上布置剪力墙。

建筑两端剪力墙共形成8个小束筒，左侧束筒1~束筒4通过梁2连成大束筒，右侧束筒5~束筒8也由梁2连成整体束筒，增强两端结构的整体抗震性能。中间框架柱与两端剪力墙间采用弱梁（梁1）连接。在地震力作用下，梁1.2将首先形成塑性铰，起到耗能原件的作用，产生破坏，此时可以保证中震不倒。当结构遭遇罕遇地震作用时，结构进入弹塑性大变形状态，此时一些开洞处的强连梁将发挥作用形成塑性铰，这样各独立墙肢及中间的框架部分将形成延性结构，保证大震不倒。如此就可以满足抗震高设防“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求。

3．计算模型及参数选取

3.1采用PKPM系列软件SATWE进行弹性计算

3.2混凝土强度等级：柱、墙为C40，梁、板1~4层为C35，5~10层为C30。梁柱墙板钢筋均采用HRB400。按《建筑工程抗震设防分类标准》，工程设防类别为丙类。根据《高规》剪力墙和框架抗震等级为一级，考虑水平双向地震及竖向地震作用。

3.3构件选择原则

为满足结构抗震使用要求，构件承载力及结构弹性刚度应满足规范要求。结构刚度的布置应根据构件在地震作用下的不同作用及构件的不同部位有所区别。竖向构件是结构在大震作用下的定海神针，其刚度要强，而一些连梁作为耗能构件，其刚度在满足正常使用条件下要适当弱。整个体系要做到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强墙肢弱连梁”的要求，保证在较强地震作用下，当局部构件退出工作状态，竖向构件还能有较大承载力，做到裂而不倒。“强柱弱梁”，即使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。“强剪弱弯“，使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求，用以改善构件自身的抗震性能。“强墙肢弱连梁”，在强地震作用下，弱连梁发生延性破坏时，会出现交叉裂缝，并形成塑性铰，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。

本工程结构布置根据以上原则，在建筑物两端布置较厚剪力墙，且尽量形成束筒，保证联肢墙在强震作用下保持足构的韧性和整体性。框架梁柱设计以保证柱端不出现塑性铰为原则。且墙柱截面可在上部各层可适当变小，以减小结构的地震力。

3.4连梁参数选择

连梁作为高层结构的一个重要构件，由于跨高比小，与之相连的墙肢刚度大等原因，在水平力作用下的内力往往很大，连梁容易屈服。因此在开始进行结构整体计算时，就需对连梁刚度进行折减。根据《高规》规定 ：“在内力与位移计算中，所有构件均可采用弹性刚度，在框架—剪力墙结构中，连梁的刚度可予以折减，折减系数不应小于 0.50。”根据本工程的设防烈度及试算结果，选取0.50。

4．结构计算及设计

根据上述截面及参数选取原则，对结构进行试算，出现以下问题并采取调整措施。

4.1位移角或位移比不满足要求。

计算过程中出现二层最大位移与层平均位移的比值不满足要求，通过对计算结果分析，发现因为一~三层有部分裙房，且二层根据建筑功能要求，板上有较大面积开洞，致使二层左下角刚度较小，结构在Y方向偶然偏心地震作用下楼层的最大位移与层平均位移的比值大于1.4。经过对本层局部刚度的调整，使本层的刚度尽量均匀，使结构的位移比满足要求。

4.2剪力墙施工缝超筋

计算后察看SATWE配筋简图，有很多墙肢配筋超筋，然后通过察看超配筋信息，发现大部分剪力墙配筋超筋实际上是施工缝超筋。通过调整结构的整体布置可以减少施工缝超筋数量，但是很多时候是不能完全没有的，特别在九度区几乎不可避免。这时可以根据《高规》7.2.12条通过计算采取加短筋的形式来配钢筋。

4.3连梁设计

在高抗震设防区连梁超筋现象非常普遍，本工程也不例外。遇到连梁超筋，可以采取以下方法保证结构的整体安全。

4.3.1减小连梁截面高度，连梁名义剪应力超过限制值时，加大截面高度会吸引更多剪力，更为不利，减小截面高度或加大截面厚度效果较好，但后者一般很难实现。减小截面后注意察看计算指标（周期，位移）。

4.3.2抗震设计的剪力墙中连梁弯矩及剪力可进行塑性调幅，以降低其剪力设计值。

4.3.3当连梁破坏对承受竖向荷载无明显影响时，可考虑在大震作用下该连梁不参与工作，按独立墙肢第二次进行多遇地震作用下结构内力分析，墙肢应按两次计算所得的较大内力进行配筋设计。

结语：对于一个九度区的高层建筑，遇到的问题可能错综复杂，只能具体问题具体分析。在设计过程中，设计人员应该具有抗震概念清晰，抗震措施得当，且应特别注意高抗震设防区结构设计时应该强弱配合，不能随意以强代弱，这样容易形成强梁弱柱，强弯弱剪，对结构安全留下隐患。

参考文献：

[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S] ．北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。