（宁波市工程设计研究院，浙江，宁波，315012）
【摘 要】建筑由于使用功能及立面造型造成结构不规则时，在设计时应通过不同力学模型进行计算分析，采取有效的构造措施满足承载力要求。
【关键词】工业建筑；结构计算；设计
1 工程概况
本项目为一栋高层单体工业建筑，建筑用地面积为9986m2，总建筑面积：42476.6m2，其中地上建筑面积为27958.1m2，地下建筑面积为14518.5m2。地面建筑22层（含3层裙房），地下2层车库，建筑高度为98.5m。主体建筑采用现浇型钢混凝土框架－钢筋混凝土核心筒结构。设计使用年限50年，安全等级二级，建筑抗震设防类别为丙类。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组第二组，场地类别Ⅲ 类，特征周期0.55S。基本风压0.7KN/m2，承载力设计时按基本风压的1.1倍采用。剪力墙核心筒部分作为抵抗水平力的主要构件，考虑到结构还应具有一定的延性，核心筒采用低轴压比设计。外筒最大厚度450mm，控制最大轴压比为0.45。外围框架柱最大截面为1200x1400mm主要承受竖向荷载。核心筒与外框架连接处尽可能设置扶壁柱或暗柱，以保证核心筒与外框架的可靠连接。标准层平面简图如下:
图1 标准层平面图
2 主体结构计算
多遇地震下采用SATWE计算软件进行弹性计算分析，并用盈建科复核。结构在多遇地震、风荷载及重力荷载作用下的内力和位移按振型分解反应谱法计算。抗震计算考虑扭转、偶然偏心和双向地震对结构的影响，平扭耦联扭转效应，振型参与质量不小于总质量的90%。墙、柱轴向变形内力计算分析应按模拟施工3分层加载来考虑施工过程的影响。框架梁、连梁等构件可考虑局部塑性变形引起的内力重分布。楼板在自身平面内为无限刚性。主要计算结果指标如( 表1) :
表1 结构主要计算结果
3 结构设计分析
3.1 核心筒连梁截面选取对整体抗震性能的影响
通常情况下，剪力墙在水平荷载作用下墙肢底部所受弯矩最大，整个结构呈弯曲变形为主，受拉墙肢与受压墙肢的变形的不一致直接造成连梁的两端产生反向相对变形，所以连梁承受了比较大的剪力，它将两端墙肢连接起来，此种双肢剪力墙的受力特点与连梁的跨高比、连梁与墙肢的刚度比有直接的联系，一般情况下，破坏时首先出现在中间楼层处的连梁与剪力墙连接部位。随着荷载的增加，其他层连梁端部相继屈服。
结构计算中，在核心筒剪力墙保持不变的情况下，外框筒连梁的刚度越大，核心筒所具有的抗扭刚度就越大。随着连梁高度降低，核心筒抗侧刚度减小，结构自振周期加大，结构所吸收的地震力减小，墙肢所承担的弯矩百分比减小，结构的最大层间位移角和顶层位移加大。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比加大。
高规规定结构平面布置应尽量减少扭转的影响。在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。同时还须保证核心筒墙体所承担的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50%。
当连梁的跨高比较小时，破坏时容易出现剪切斜裂缝，如果部分连梁剪切破坏或全部剪切破坏，则墙肢间的约束将削弱或全部消失，联肢剪力墙蜕化成多个独立墙肢。结构的刚度会大大降低，承载力也随之降低，并最终可能导致结构的倒塌。当连梁的跨高比较大时，破坏时梁端会出现垂直裂缝，地震作用时会出现交叉裂缝。在结构受到往复的地震力作用时，耗能能力较强的连梁可以通过自身的逐步破坏，消耗较大的地震能量，纵向钢筋屈服，砼被压碎从而形成塑性铰，塑性铰能够传递弯矩和剪力继续起到约束墙肢的作用，逐步降低结构的抗侧刚度，减小结构地震反应，确保其他更重要的竖向承载构件的安全。跨高比较大的连梁在地震作用下，其塑性铰的发展更加充分，转动能力也更强。在同等条件下，跨高比较大的连梁具有更好的耗能能力。结构设计中应反复调整连梁的截面进行试算，达到延性设计和耗能性能的良好统一。
3.2 剪力墙平面外与梁相交时的连接处理
当楼面梁与剪力墙平面外相交时，剪力墙承受由梁端传来的竖向荷载和平面外弯矩，还承受自身平面内由上至下叠加的轴力，在这些荷载作用下剪力墙呈偏心受压状态。剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，平面外刚度和承载力都很小。当剪力墙平面外作为跨度大于5m的梁的支座时，在地震力的作用下剪力墙可能出现竖向裂缝，如果弯矩较大，也会出现平面外破坏。
针对此问题高规7.1.6条要求可沿楼面梁轴线方向设置扶壁柱或在剪力墙平面内设置暗柱。设置扶壁柱时，其截面宽度不应小于梁宽；设置暗柱时，暗柱的截面宽度可取梁宽加2 倍墙厚。同时可通过砼规范偏心受压构件正截面受压承载力计算公式确定暗柱和扶壁柱的纵向钢筋。暗柱受弯承载力尚不宜小于梁端截面受弯承载力的1.1倍及正常使用极限状态下的要求。
当单面有大跨梁与剪力墙暗柱连接时，为避免梁端弯矩过大造成暗柱破坏，在满足平时工况前提下，可对梁端弯矩进行较大的调幅，并采用小直径的纵向钢筋以便满足钢筋锚固要求(梁跨中弯矩应按平衡条件作相应调整) 。当锚固段的水平投影长度不满足要求时还可将楼面梁伸出前面形成梁头。工程设计可采用梁端水平加腋的方法直接加大嵌固作用的有效长度，也可采用设置边框梁的方式增加剪力墙平面外梁端嵌固的局部刚度。
4 结论
由于建筑使用功能及立面造型等原因造成结构体系的不规则，结构抗震设计需要进行详细的计算分析比较，并采取有效的构造措施。在能够满足承载力使用要求和变形要求的同时确保结构可靠、经济、合理。
参考文献：
[1]GB 50010－2010，混凝土结构设计规范［S］.
[2]GB50011－2010，设计规范［S］.
[3]高层建筑混凝土结构技术规程［S］.
[4]多层及高层建筑结构设计，地震出版社.
论文作者:方芳
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/13
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