周曉偉

[摘要]框架結(jié)構(gòu)中各種建筑平面戶型的柱網(wǎng)布置是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)方案階段首先要做的重要的基礎(chǔ)工作，如何既滿足建筑的使用功能又能符合結(jié)構(gòu)抗震的要求，使結(jié)構(gòu)有合理的結(jié)構(gòu)體系、明確的傳力途徑。本文通過實際的工程設(shè)計實踐，提出了住宅平面柱網(wǎng)布置即結(jié)構(gòu)抗側(cè)力布置的建議和措施。

[關(guān)鍵詞]抗側(cè)力構(gòu)件的布置與調(diào)整、結(jié)構(gòu)整體性

TU241

隨著現(xiàn)在建筑市場不斷變化根據(jù)建筑開發(fā)商的要求，在住宅建筑中各種平面戶型的組合變化很多，以往那種規(guī)矩、規(guī)則的柱網(wǎng)如平面四方矩形、縱橫柱列對齊、框架梁與柱不偏心或小偏心的住宅建筑平面不多見了，而出現(xiàn)了一些的建筑平、立面復(fù)雜的商品住宅，如從建筑平面來看柱布置只能較零散，橫向沒有幾條對齊，縱向因房間的關(guān)系柱列不對齊或幾個單元沿縱向相互錯開等各種情況。這類結(jié)構(gòu)從平面無法劃分成平面抗側(cè)力單元，此時柱網(wǎng)如何按照抗震概念設(shè)計原則來布置，哪些地方設(shè)置柱，哪些地方可不設(shè)置柱，往往設(shè)計人員很多時候難于取舍，不同的觀點、柱網(wǎng)不同的設(shè)置反映出對結(jié)構(gòu)抗震（抗側(cè)力）概念設(shè)計認(rèn)識的不同。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計工作在結(jié)構(gòu)整體計算前根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計首先要做好的第一步的基礎(chǔ)工作，做好此階段工作才能對后期的結(jié)構(gòu)整體計算結(jié)果有了比較準(zhǔn)確、合理的判斷。所以說結(jié)構(gòu)設(shè)計不能單單只看計算結(jié)果的各項指標(biāo)，認(rèn)為算過去了就簡單的認(rèn)為柱網(wǎng)等布置就是合理了、符合結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計了，而忽視計算簡圖的合理、結(jié)構(gòu)體系的合理、和合理的地震作用傳遞途徑。一般來說首先應(yīng)從結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計方面入手進(jìn)行柱網(wǎng)等結(jié)構(gòu)方案的調(diào)整，使整個結(jié)構(gòu)的整體性優(yōu)化，這樣在計算方面采用空間結(jié)構(gòu)模型的計算結(jié)果才能準(zhǔn)確、可信。以下為結(jié)合具體工程設(shè)計實踐，根據(jù)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的理念布置抗側(cè)力構(gòu)件與調(diào)整結(jié)構(gòu)方案的幾點體會。

一． 首先應(yīng)重視建筑及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面合理布置，在條件允許和可能的情況下，盡量采用受力合理，規(guī)則對稱的設(shè)計方案，這是對結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性控制的最有效的手段。一般建筑結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則的特征為：

① 凹凸不規(guī)則：柱網(wǎng)在這種情況下縱橫向很難拉齊，還不可避免的形成一些局部的單框架，使荷載傳遞路徑中斷。

② 樓板局部不連續(xù)：如細(xì)腰形平面、單元之間錯開等，雖貌似平面剛度、質(zhì)量對稱但在計算結(jié)果中扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯。

對于《抗規(guī)》中明確規(guī)定的的特別不規(guī)則設(shè)計方案不應(yīng)當(dāng)簡單地調(diào)整計算參數(shù)或放大地震力了事，而應(yīng)當(dāng)首先考慮修改、調(diào)整設(shè)計方案才能夠從根本上解決不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震問題。

二． 《抗震規(guī)范》指出結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。建筑平面凹凸不規(guī)則、戶型布置變化復(fù)雜勢必造成結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)布置困難，如結(jié)構(gòu)平面中橫向沒有幾條對直的柱列，還可能出現(xiàn)局部單跨的情形；沿平面長度方向（縱向）也沒有一條對直的柱軸線，這種沿柱軸線布置不到端部情形在住宅建筑平面中現(xiàn)在可以常見。在這種情況下結(jié)構(gòu)的整體性較差，彼此之間的水平地震作用不能通過梁傳到別的相鄰柱列，而是大量地通過樓板傳遞，這種結(jié)構(gòu)布置對地震作用的分配不利。此時概念設(shè)計尤為重要，應(yīng)對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)平面的布置進(jìn)行合理的調(diào)配、整合，應(yīng)充分利用管道井、電梯井道設(shè)置鋼筋混凝土墻體，適當(dāng)配置合理的剪力墻，利用鋼筋混凝土墻體把分散的柱網(wǎng)連成一體，使地震作用有合理的多道傳遞途徑，結(jié)構(gòu)有多贅余度。對于無法與別的柱、墻相連的單跨柱列因抗震性能很差應(yīng)加強其構(gòu)造措施，柱配筋應(yīng)適當(dāng)加大，該榀框架梁如有條件應(yīng)設(shè)置挑梁與別的框架梁相交、或配置暗梁與垂直的框架梁相交，以傳遞水平力。對于平面中凸角處應(yīng)設(shè)置框架柱，主體結(jié)構(gòu)的外圍一周應(yīng)框架梁柱交圈，使結(jié)構(gòu)有良好的整體性。

電梯井道一般為鋼筋混凝土筒體，整體剛度很大，對結(jié)構(gòu)的整體性影響很大，如把電梯井放置在平面中的比較偏的地方，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)很大，結(jié)構(gòu)位移比的指標(biāo)很難控制，屬于平面不歸規(guī)則結(jié)構(gòu)。這種情況應(yīng)采取井道開洞等措施，弱化影響。如果電梯井道放置的位置叫對稱，對結(jié)構(gòu)的整體剛度非常有利，位移比、周期比也易滿足。應(yīng)根據(jù)電梯井道不同的擺放位置、不同的計算效應(yīng)，分不同情況區(qū)別對待。

三． 重視樓板設(shè)計?，F(xiàn)在結(jié)構(gòu)計算一般采用空間計算模型，樓板在計算中不但承擔(dān)豎向荷載而且更重要的是起到按豎向剛度分配水平力的作用，基本上樓板是按剛性板來計算分配各柱的水平力和樓層位移，實際情況要與計算模型要吻合，即要求樓板大的設(shè)計不能太弱、板的厚度不能太薄，不能只考慮板的跨度、豎向荷載來確定板厚，還要結(jié)合樓板所處的位置是否處在受力復(fù)雜部位來定板厚，這樣計算結(jié)果才能是正確、可信的。如在這種柱列沿軸線布置不到端部、內(nèi)部兩柱單跨、梁柱偏心大于1／4的情形，樓板的概念設(shè)計更突顯重要。在上述情況下，地震作用是靠樓板傳遞到整個柱網(wǎng)，使之整體受力，是靠樓板加強結(jié)構(gòu)的整體性。在柱列沿軸線布置不到端部、內(nèi)部有兩柱單跨的柱列等受力復(fù)雜的樓板應(yīng)該得到加強，板厚不應(yīng)太薄、局部配筋宜配置雙層鋼筋。并且柱列在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的柱端頭范圍內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)板開洞、折板等消弱樓板的現(xiàn)象。在結(jié)構(gòu)平面柱的布置中有時為了使柱連成長向柱列或有在兩條軸線間距不大時設(shè)置一跨兩條軸線的柱，此時柱同向兩邊的梁中心與柱中心的偏心大于1／4的布置是常見的，《抗規(guī)》中規(guī)定偏心距大于1／4時應(yīng)計入偏心的影響。在住宅內(nèi)部一般情況下不能設(shè)置水平加腋梁，只能采取加強樓板的措施，包括板不能太薄、樓板鋼筋在柱寬范圍內(nèi)雙層配置，以減少梁柱偏心對柱的不利影響。此外因梁與柱偏心過大的柱箍筋最好為全高加密，以抵抗偏心的影響。

下圖是筆者實際做的一個工程簡圖，利用鋼筋混凝土電梯井道、管道井與柱連接，形成縱橫向空間抗側(cè)力體系。

圖中的1部分為鋼筋混凝土管道井兩側(cè)分別于電梯井、樓梯間框架連接；圖中2的部分為局部的單榀框架；圖中3部分為中柱兩側(cè)的梁中心與柱中心的偏心大于1／4，中柱需加強。本圖中在兩個單元相錯處設(shè)置剪力墻，以加強縱向的連接。

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)與建筑設(shè)計人員的相互配合，結(jié)合概念設(shè)計使結(jié)構(gòu)的抗震分析更符合結(jié)構(gòu)在地震時的實際表現(xiàn)，加強結(jié)構(gòu)的整體性，從結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造上保證計算模型的準(zhǔn)確性，設(shè)計出抗震性能良好的建筑。

參考文獻(xiàn)

[1]國家標(biāo)準(zhǔn) . 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 .GB 50011-2010

[2]國家標(biāo)準(zhǔn) . 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 .JGJ 3-2010 J 186-2010

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