山东建大建筑规划设计研究院 山东济南市 250013
摘要：Loft 公寓不同于以往普通住宅建筑，层高一般比较大，且中间楼层为层高较低的平层公寓，使得其结构易出现平面不规则、竖向抗侧刚度不连续以及扭转等的结构抗震不利因素。本文结合工程实例，阐述了结构抗震薄弱环节的准确判断以及主要技术参数的控制要点。
关键词：Loft 公寓；抗侧刚度；结构抗震
0.引言
上世纪90年代末以来，随着人们生活水平的不断提高，居住环境的改善让人们对品质住宅提出了更高的要求，Loft 公寓引领建筑时尚的前沿，已经越来越多地出现在大中城市里。这种户型面积不大，层高较高，这种高挑空间设计可以通过改建“一层变两层”满足人们不同的空间需求。
由于这种户型建筑对空间的要求很高，因此在设计高层 Loft 公寓时，结构工程师需要在满足结构自身安全的前提下，尽可能满足建筑的空间使用要求。
1.工程概况
本工程位于山东省淄博市高新区，为一幢Loft+平层公寓，建筑长为38.350m，宽为24.400m，高为79.600m，地上20层，地下1层，建筑屋面标高79.600m，室内外高差0.100m。地下一层层高为5.30m，地上一层、二层公共服务空间层高4.50m，标准层平层公寓层高为3.20m、标准层LOFT公寓层高为4.50m。本工程主体结构设计使用年限为 50 年。根据规范[1]，设计基本风压为 0.40kN/m2，对于高度大于60m的高层建筑，承载力验算时基本风压值乘以放大系数1.1。抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度值为（0.1g）[2]，设计地震分组为第三组。建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期值为 0.65s。
2.结构方案的确定
2.1 结构选型原则
高层建筑结构要特别注重概念设计，在满足建筑使用空间的前提下，建筑结构平面应力求规则、简单，尽量减少突出、凹进等复杂平面。在建筑物的一个结构单元内，宜使结构的质量中心与刚度中心靠近，减少地震作用下的扭转。
结构布置应尽可能减少扭转影响，若扭转周期比不满规范要求，一般可通过调整竖向构件（墙、柱）布置和增加边梁宽度，增大结构抗扭刚度，若刚度过大，可以通过削弱刚度的方式进而放大第一平动周期，以使周期比满足规范要求。
结构侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免侧向刚度和承载力突变形成软弱层。结构宜做成上下等宽或由下向上逐渐减小的体型，与结构平面刚度一样，竖向刚度是否均匀也主要取决于剪力墙沿竖向的布置和变化是否均匀。
如果结构平面或者竖向布置不规则且不能调整时，则宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元，缝宽设置必须满足规范要求，避免地震时相邻部分互相碰撞而破坏。
2.2结构体系
本工程为单塔楼结构，总体平面形状近似方形，四角分别切角呈圆弧形，以获得更佳的建筑效果。结合建筑布置，主体采用框架-核心筒结构形成双重抗侧力体系，共同承担风和地震作用产生的水平荷载。项目地上一层、二层为配套商业，采用混凝土框架结构。建筑、结构标准层平面示意如图2-1、图2-2。
本项目核心筒从基础筏板延伸至塔楼顶部，贯通全高。平面尺寸6.4mX22.0m，位置居中，质心与刚心基本一致。但由于核心筒长宽比较大，以致X、Y向刚度差别较大，设计中增加楼梯间和电梯间Y向侧墙，尽可能缩短X向侧墙的长度，以减小X、Y向刚度差。同时着重考虑减小核心筒墙体的厚度，提高建筑空间使用率，其余墙体因对整体侧向刚度贡献不大采用砌块墙以降低结构重量。
底部加强区高度根据规范要求[3]，宜取至建筑2层，但由于2层顶正好是商业裙房顶，因此根据规范相关条文，主楼结构在裙房顶板上、下各一层应适当加强抗震构造措施，本项目将底部加强区往上延伸一层，因此新的底部加强区取至建筑3层，同时将核心筒主要墙体约束边缘构件设置高度延伸至建筑4层，以提高核心筒的延性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆核心筒轴边墙体厚度由400/350均匀收进至顶部300，内筒主要墙体厚度由300均匀内收至200。混凝土强度等级从下至上由C60逐渐过渡至C30。
底层框架柱典型截面尺寸为 800mm*1200mm，至顶层变为 600mm*1000mm。混凝土强度等级从下至上由C60逐渐过渡至C30。Loft部分框架梁典型截面尺寸为 300mm*800mm，平层部分由于层高较小，梁高不宜做太高，但由于跨度较大，因此需要在核心筒和边框柱之间增加一排柱子，这样可以跨度减半，梁高减小，因此平层部分框架梁典型截面尺寸选为 300mm*600mm，这样既满足建筑净空要求，又为整体结构提供了刚度。
2.3 后施工夹层荷载的选取
Loft 夹层竖向荷载传力方式[4]一般有两种，一种是不考虑夹层刚结构的存在，将荷载直接加在正常楼层梁板上，在设计时，附加荷载均两层考虑，恒载6.0kN/m2，活载 4.5kN/m2 考虑。二种是考虑夹层刚结构的存在，在夹层标高处布置钢梁吊柱，这种方式考虑了夹层结构的抗侧移刚度，比较符合结构的实际受力状态，但实际比较麻烦。本工程采用第一种加载方式，同时平层部分按正常附加恒载2.0kN/m2，活载 2.0kN/m2 考虑即可。
3.结构整体计算分析
本工程塔楼采用 SATWE 进行结构整体分析与设计。
3.1 主要设计参数分析
满足相关规范要求，塔楼结构参数分析均在强刚下进行，根据电算结果可知，本塔楼抗侧刚度比均为超出规范限值；方案阶段计算时，第4层结构最小楼层受剪承载力比值不满足规范要求，这是因为第4层正好处在平层与Loft交界处，而产生了楼层承载力突变现象，为解决这一问题，设计时，通过减小第5层柱截面大小来削弱其刚度，进而使最小楼层受剪承载力比值满足规范要求；本结构扭转周期比仅为 0.79，同时计算结果显示结构最小剪重比和刚重比均满足规范要求。结构在水平力作用下的顶点位移和最大层间位移角均满足规范的要求，同时位移比均控制在 1.40 以内。由此可见，本塔楼结构方案能够在保证结构安全的前提下，满足建筑师对建筑空间的要求。
3.2 结构体系指标及二道防线调整
3.2.1 竖向构件地震倾覆弯矩百分比
根据电算结果分析可知，本塔楼在X、Y向静震作用下倾覆力矩百分比分别为31.3%、43.2%，满足相关规范要求，因此，本工程所选框架-核心筒结构体系符合设计要求。
3.2.2 竖向构件地震剪力百分比及单塔多塔通用的框架0.2Vo（0.25Vo）调整
根据电算结果分析可知，本塔楼X、Y向相关楼层地震剪力百分比不满足规范要求，需要依据相关规范进行调整使其满足要求。
4.楼板的设计
本工程平层部分楼板按正常住宅设计即可。而Loft夹层分隔后层高变为2.25m，比普通住宅层高还要低，若按常规主次梁布置方式势必会造成建筑使用空间不满足要求。因此设计采用了3.8m X8.8m跨度板块，板厚取值120mm，室内卫生间等的隔墙均直接砌筑在板上，为减轻楼板荷载，户内隔墙均采用轻质墙板，同时为了增加板的安全度，有隔墙处均于板底附加2φ16钢筋，楼板四角均设置附加钢筋。
夹层楼板需要同楼层处一样预留楼梯洞口，但由于空间使用限制，洞口两侧不允许设梁，因此在构造上在洞边设置暗梁同时楼板双层双向配筋加强。
5.结论
1、塔楼核心筒长宽差别较大，以致X、Y向刚度差别较大，设计中需增加交通核Y向侧墙，尽可能缩短X向侧墙的长度，以减小X、Y向刚度差。
2、本工程为平层和Loft相结合的建筑，由此可能产生上刚下柔和刚度突变等不利于抗震的结构体型，因此我们需要着重关注竖向刚度分布不合理的程度，分析薄弱层出现的部位，采取相应的技术措施予以调整。
3、Loft夹层通常需要二次设计，因此设计前期应合理考虑竖向荷载的传递方式，以满足整体结构计算模型的准确性。
参考文献：
[1] 建筑结构荷载规范：GB50009-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[3] 高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[4] 2014年全国钢结构设计与施工学术会议论文集[2014-07].
论文作者:陈仕广
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第23期
论文发表时间:2019/6/12
标签：结构论文; 刚度论文; 建筑论文; 塔楼论文; 层高论文; 荷载论文; 夹层论文; 《建筑细部》2018年第23期论文;