對建築結構抗震設計的幾點思考總結
[摘要]對高層建築結構抗震概念設計中的扭轉問題的思考，並結合具體工程實例進行設計分析。分析樓梯、填充牆的布置對結構地震作用效應的影響。
[關鍵詞]扭轉；樓梯；填充牆；
1結構平面扭轉不規則控制
結構方案設計在整個設計過程中具有重要地位，合理的結構布置不僅決定結構的安全度，而且使結構受力合理，經濟效益好。《建築抗震設計規範》第3.4節中要求建築形體的規則性應符合抗震概念設計的要求，結構整體抗震概念中包括平面與豎向的不規則性。平面不規則主要包括扭轉不規則、凹凸不規則與局部不連續三種類型。對於平面形狀複雜，如平面尺寸狹長、質量與剛度分布不均勻等情況，若通過調整結構布置無法解決結構的扭轉問題，應設置防震縫將建築劃分為較為規則的結構單元，避免由於扭轉效應導致的結構破壞。
上圖為由台商投資開發的建築項目，建設地點在蘇州崑山市，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組。建築面積約3萬m2，平面總尺寸東西向47.1m,南北向59.0m,建築功能上一至四層為商業，五至十五層為酒店，結構高度50.0m。
多層商業裙房採用框架結構，高層酒店採用框架-剪力牆結構。建築平面尺寸底部呈矩形，商業裙房頂部以上為L形；建築立面，酒店在四層商業裙房屋面以上尺寸收進，側向剛度沿豎向突變。結構方案設計中，為了減弱結構的扭轉效應並避免豎向剛度突變，通過設置防震縫將建築劃分為三個規則的結構單元，使結構受力簡單，計算模型得到簡化，更容易估計結構的地震反應。
對於結構平面是否設縫在初步確定設計方案時仍存在分歧，台商方面邀請的結構顧問提出的觀點是可以不設，只需對建築模型進行整體結構計算，根據計算內力進行構件配筋設計。這也反映了技術人員對於結構抗震設計概念的差異，我們通過設縫解決因扭轉導致的應力集中、局部破壞等不利效應，而甲方顧問更傾向於通過計算手段來解決。後來經過雙方的充分溝通協調，對設縫的利弊進行全面綜合分析後，甲方顧問同意按照設縫方案進行設計。
2樓梯布置對結構抗震的影響
2008年汶川地震中樓梯間的破壞比較嚴重，建築抗震設計規範修訂後要求在計算中考慮樓梯構件的影響。在震害調查中發現，框架結構的樓梯破壞很嚴重，出現梯段板拉斷以及開裂，梯梁下移、平台板破壞等嚴重情況。
抗震規範編製組對框架結構中的樓梯布置進行了專題研究，計算中分別考慮樓梯構件本身的受力，對框架結構中樑柱構件受力的影響，以及對結構整體的不利作用。對於具體工程的設計，應根據設計項目結構類型的特點，樓梯所處的位置，採取針對性的措施，主要從下面幾個方面進行考慮：
一．樓梯對不同結構類型的影響程度不同，應區別對待。框架結構中，樓梯梯板的斜撐作用，對梯板作用方向的剛度增大明顯，而垂直於梯板方向的影響較小。對於整體結構剛度相對較大的剪力牆結構、框架-核心筒結構，樓梯斜撐作用的影響相對較小，可以不考慮。
二．樓梯在結構平面中按照對稱布置，對整體不會導致扭轉影響，可不考慮樓梯的作用。對於樓梯偏置，應考慮其對結構的扭轉不利影響，計算結果應控制扭轉位移比不超出規範限值，並採取加強措施。若樓梯偏置對結構扭轉影響很大，位移比超出較多，可將樓梯梯段設計成與主體結構脫開的形式，梯段板低端支撐處與梯梁採用滑動連接，不考慮樓梯的空間作用。
三．框架結構中，梯板除按照面內、面外彎剪構件進行設計外，尚需考慮斜撐的拉壓作用。樓梯平台梁按照受彎、剪扭計算，梯柱按雙向受剪、受彎進行計算。設計構造中，梯板板面與板底鋼筋均應貫通全長布置，梯梁與梯柱按照與主體結構相同抗震等級的框架梁、柱加密區的構造要求。
3填充牆布置對結構抗震的影響
填充牆一般採用輕質材料砌築，抗震設計中對填充牆的作用應全面考慮其不利影響，除了從抗倒塌角度通過設置構造柱、圈樑以及拉結筋提高牆體的穩定性外，同時避免使結構形成剛度與強度上的突變。對填充布置不當引起的震害進行調查分析後，主要從以下兩個主要方面考慮其不利影響。
一．填充牆豎向布置不當引起的上下剛度突變。對於底部為商業、車庫等建築功能上為開敞式大開間，上部為住宅或者酒店等形成的小開間填充牆密集布置。框架樑柱間的填充牆加大了上部結構的側向剛度，實際在大開間底部形成了剛度軟弱層，地震中造成底層樑柱破壞，震害嚴重的導致整層下落垮塌。
對於沿外牆四周布置高度較矮的窗下牆或其它形式的不到樓層頂牆體，應考慮其對框架柱的附加側向約束，若形成短柱則應按照規範要求限制軸壓比，並加強箍筋的構造配置要求。
二．填充牆在平面上不對稱不均勻布置，形成偏心，引起結構扭轉破壞。
《高層建築混凝土結構技術規程》第4.3.17條，對非承重牆體的填充牆，考慮其對結構剛度的增大作用，對不同結構類型的計算周期進行折減，增大地震作用。該條文從結構計算角度出發，整體上增大地震力，但沒有對各種因素的影響進行細分。項目設計中應根據具體工程的不同情況，先從抗震概念上進行定性分析，再選取合適的周期折減係數進行計算，並採取相應的構造措施。填充牆的豎向與平面布置對結構整體剛度的影響程度，判斷是否形成明顯的薄弱部位，然後與建築專業進行溝通，避免不利的布置形式。若無法避免時，設計時應主動調整結構剛度分布，使剛度變化均勻，並採取有效的加強措施。
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