多层建筑结构设计要点论文

1 工程概况

某多层商业购物中心工程，地上4层、地下1层，房屋高23.050 m，为多层建筑，建筑面积65 340.16 m2。主体结构呈L形，地上结构中间位置设置一道结构缝，分为左右两个结构区段。结构分缝后左结构区段X向100.6 m,Y向140.8 m;右结构区段X向110.6 m,Y向67.8 m;主要柱跨8.4 m×8.4 m。

本地区抗震设防烈度6度(0.05 g)，设计地震分组第一组，场地类别2类，特征周期0.35 s。本地区50 a一遇基本风压0.30 k N/m2，地面粗糙度类别B类。本工程建筑结构安全等级二级，建筑抗震设防类别为重点设防类。

购物中心主体结构为钢筋混凝土框架结构，抗震等级3级，部分关键构件(如转换构件等)提高至2级。结构嵌固端为地下室顶板。购物中心整楼计算模型见图1。左区段主要业态为零售和餐饮，楼面设3处中庭开洞;右区段3层以上主要为影院区域，3层设转换梁，4层楼面大开洞，分别见图2、图3。

2 主体结构分析

2.1 不规则性判定

购物中心为多层结构，根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)[1]3.4.3条，结构不规则类型分析见表1。

由表1可知左区段结构形体一般不规则，结构设计应按规定采取加强措施;右区段存在扭转不规则、楼板不连续及竖向构件不连续的不规则项，结构形体特别不规则，为超限多层建筑，应进行专门研究和论证。本工程合理布置了结构体系，主体结构右区段进行了小震反应谱分析、小震弹性动力时程分析、中震下穿层柱的性能设计，对楼板薄弱部位进行了分析和加强，转换梁、转换柱设置型钢构件，并采取有效的加强措施。

2.2 右结构区段反应谱法分析

结构设计中右区段采用两种程序分析在小震作用下的主要结构特征参数，对比结果见表2。整体分析分别采用YJK(2.0.0版)和PMSAP(V7.0)程序。

由表2可知两种不同程序计算的结构总质量、三维振动特性、位移指标、层刚度比等基本一致。由此可判定模型的分析结果可信。

结构第一阶模态为Y向平动，第二阶模态为X向平动，第三阶模态为扭转振型。扭转周期与第一平动周期的扭转/平动周期比<0.90，且振型质量参与系数均>90%，满足要求。主要结构特征参数的控制项目也均能满足之前设定的控制指标。

计算结果显示，各项指标符合现行规范和规程的要求，两不同程序的计算结果基本规律一致，计算结果在数值上存在一些差异，但均在工程上可接受的范围内。

2.3 右结构区段弹性时程分析

根据《建筑抗震设计规范》5.1.2条，对右区段采用YJK(2.0.0版)程序进行多遇地震下的弹性时程分析法补充计算。选取3组时程曲线进行计算，其中2条为实际地震记录的加速度时程曲线，1条为人工模拟的加速度时程曲线，分别如下：

(1)天然波1:Chi-Chi,Taiwan-04_NO_2721,Tg(0.37)。

(2)天然波2:N.PalmSprings_NO_515,Tg(0.37)。

(3)人工波1:ArtWave-RH1TG035,Tg(0.35)。

经分析，多组时程波的平均地震影响系数曲线与规范振型分解反应谱法地震影响系数曲线在结构的主要振型周期点上相差约10%，符合统计意义上相符的原则，所选取的3条地震波可在本工程中应用(见图4)。

经分析，多遇地震下弹性时程分析的最大基底剪力符合规定，同时结果取三者包络设计，X向地震作用放大系数为1.0,Y向地震作用放大系数为1.0。弹性时程分析下最大层间位移角均<1/550，满足规范要求(见表3、表4)。

2.4 右结构区段穿层柱

穿层柱按受剪中震弹性和受弯中震不屈服的性能目标进行设计，且其实际配筋不小于与其相邻的一般框架柱[2]。

2.5 右结构区段楼板大开洞分析

在地震作用或风荷载等水平作用影响下，楼板除了承担竖向荷载外，同时也传递和分配水平力。右区段4层楼板大开洞占比约34%且有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，故对楼板进行应力分析，以保证水平力的有效传递和分配。

大开洞周围混凝土楼板加厚，采用弹性膜方式对楼板进行应力分析，按小震下混凝土核心层不开裂、中震下混凝土退出工作、钢筋不屈服的性能目标进行分析。

局部薄弱楼板厚度取至160 mm，板筋按10@150双层双向拉通进行加强。

2.6 右结构区段转换梁与转换柱

右区段为实现影院区域布置3层楼面设有9根托柱转换梁，梁跨度16.8 m，采用型钢混凝土梁[3]，相应转换柱采用型钢混凝土柱。转换构件抗震等级提高一级，同时转换层楼板设计予以加强。

2.7 右结构区段超长结构分析

本工程结构超长，楼板以弹性膜方式考虑温度应力并采取了加强措施。各层楼面板厚度≥120 mm，板筋双层双向拉通，双向配筋率0.41%;大屋面楼板厚度≥140 mm，板筋双层双向拉通，双向配筋率达0.74%。全楼每隔30～40 m设置温度后浇带。

3 结语

本工程左区段结构形体一般不规则，按规定采取加强措施进行结构设计;右区段存在扭转不规则、楼板不连续及竖向构件不连续的不规则项，结构形体特别不规则。右结构区段根据建筑布置和结构的抗震特点，对结构进行了分析和优化，使之具有良好的结构抗震性能。通过前述分析，可以得出以下结论：

(1)采用两种空间模型程序计算得出的各项指标吻合性较好，且均能较好地满足规范限值，整体结构合理可行。

(2)采用动力弹性时程分析对结构进行补充计算，并将包络值与振型分解反应谱法计算结果取大值进行设计，满足规范要求。

(3)对楼板薄弱区域的应力分析表明，小震下楼板核心层混凝土处于弹性状态，中震下板筋不屈服，满足要求。

(4)穿层柱按性能化设计方法，转换梁与转换柱采用型钢混凝土构件并提高抗震等级。

(5)对于结构超长，采取考虑温度应力的设计方法，加强板厚、加强板配筋并设置后浇带。

综上所述，本工程结构形体特别不规则，结构设计采用了合理的结构布置，对主体结构进行了补充计算，对结构的关键构件及薄弱部位采取了合理计算方法和有效的加强措施，减小了结构形体不规则带来的不利影响，计算结果满足现行标准的要求，结构具有良好的抗震性能。

摘要：某商业购物中心工程主体结构为钢筋混凝土框架结构，结构缝分为左右两个区段：左区段结构形体一般不规则，右区段存在扭转不规则、楼板不连续及竖向构件不连续的不规则项，故其结构形体特别不规则。该工程为超限多层建筑，应进行专门研究和论证。为合理布置工程的结构体系，主体结构右区段进行了小震反应谱分析、小震弹性动力时程分析、中震下穿层柱的性能设计;对楼板薄弱部位进行了分析和加强，对转换梁、转换柱设置型钢构件，并对其他结构构件进行了针对性的补充分析;最后还提出了超限多层建筑结构的加强措施。

关键词：多层建筑,楼板大开洞,型钢转换梁,穿层柱,超长结构