浅谈复杂建筑的抗震设计

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1、浅谈复杂建筑的抗震设计摘要：面对形体复杂的公共建筑，结构工程师应该在熟悉运用规范的同时，更多的从概念结构设计的角度出发，做做全方位的考虑，多手段的验算力求做出经济合理的建筑。关键词：位移比超限、平衡刚度、加厚结构板面、包络设计、手算、单向细长柱、刚度突变、鞭鞘作用、双层配筋、中图分类号：S611文献标识码：A伴随经济的快速发展，我国人民的生活水平日益提高，对文化艺术的需求越来越大，各种形态的艺术馆、名人纪念馆、音乐厅、文化广场应运而生。通常这类公共建筑的形体结构相对复杂，其抗震设计也有较高要求。为此结构工程师应该在熟悉运用规范的同时，更多的从概念设计的角度出发，

2、做到点、线、面结合，力求做出经济合理的建筑。这里以木市新建的谭逢敬艺术院为例做分析。设计效果图二层平面谭逢敬艺术院由香港开平同乡会永远荣誉会长谭逢敬先生和开平市人民政府共同投资兴建，是集市文联、市美术馆、市文艺家Z家等文化机构和文化设施于一体的多功能综合性艺术大楼，同时也是该市艺术人才活动、培训、创作、展示、交流、收藏的基地。工程于2010年9月动工,于2011年4月封顶。一.工程概况1.1地理环境该工程位于开平市长沙区东兴大道A8A号，周边环境优美，交通便利,区域位置极其优越。建筑物高度29.4m,总建筑面积7913.5平方米。场地类别为II类,设计地震分组第

3、一组，基本风压0.6kN/?,地面粗糙度C类,本地区抗震设防烈度为六度。1.2基本构架整体形状为多个大小不一、圆心不共点且高低错落的圆弧相交嵌套而成，东西两翼向外倾斜突出；夹层处仅留有不到标准层一半的面积，作为内部的办公区，其余部分与首层组成跨层式的中空展示大堂。各层平面上出其不意的收缩造就了多个空间开阔的厅堂；逐层的收缩，最终剩下钟摆状的六层，其面积只冇标准层的40%多。于正门设置的跨度10米混凝土雨篷、过分倾斜的斜角、不小的天面消防水池。空间结构复杂，但乂耍保证其合理的运作，就要对存在的矛盾与设计进行分析改善。二.结构设计概况与分析该楼为七层框架-剪力墙结构

4、，局部有跨层结构。考虑结构的重要性后，按抗震设防烈度为六度，框架及剪力墙抗震等级均取为三级进行结构设计（设计阶段执行08版抗震规范,从现行2010版规范看来，依然满足要求）。经过试算，结构的周期比，剪重比基本满足要求，累加振型参与质量在60个振型后也达到90%以上，但是仍存在以下几个方面的问题要处理:2.1位移超限比的处理该楼东西两翼向外突出较多，其两端最大距离达到63米，结构初步试算结果也表明层间位移比为1.65,超过规范允许范围，易造成结构失稳的危险。如果简单加设抗震缝当然可以解决问题，但是这样显然会破坏建筑的立面感观，而且不便于施工。由于东翼电梯井已经是剪

5、力墙，故决定在西侧的楼梯间和辅助用房设置剪力墙，用以平衡两翼端的刚度，并在两翼处设置后浇带。经过调整以后，结构层间位移比减少到了1・47,符合规范要求了，但是该结构的剪力墙较少，不能成为结构的第二道防线。故要采取构造措施加厚剪力墙周围的楼板厚度以利于水平力传递；另外还要对结构进行包络设计，即取消计算模型中的剪力墙进行补充计算，取两次计算结构的包络值进行设计。2.2跨层及较大开洞处的结构处理由于夹层局部冇跨层结构，而计算机程序不能区分跨层，因此无法得到真正的跨层结构位移比值，所以需耍通过手算进行复核，把该处的楼层位移除以实际的层高得到真实值。经过手算，北面层间位移

6、比为1・46满足规范要求。入口两侧外墙柱子均为多层开洞处的柱子，虽然不是跨层，但是单向最大高度为21.6m,故也可视为单向细长柱，需要手算确定其截面等效、稳定性及配筋值，同时还耍加强洞口周边的楼板厚度和配筋值。2.3立面不规则的处理出于立面上的造型需要，该楼逐层收缩，到六层面积只有标准层的40%,造成结构上侧向刚度的不规则问题。不但刚度突变部位会出现应力现象，同时也加人了结构顶部的鞭鞘作用。因而必须取构造措施加强结构软弱处的连接，使得上部的水平力可以顺利向下传递。本工程参考了带裙楼的高层建筑的处理方法：1、加强立面突变处的上下层的楼板厚度，并采用双层双向配筋，且

7、最小配筋率取到0.3%；2、加大立面突变处外围柱子的纵筋最小配筋率并使箍筋全长加密，剪力墙则人工指定边缘构件为约束边缘构件，以上柱子和剪力墙的加强范围均从基础起到立面突变的上一层。2.4考虑楼梯间的支撑作用进行整体计算在08版的抗震规范中已经明确提出整体计算中要考虑楼梯对结构计算结果的影响。本楼楼梯间数量达到3个，楼梯与主体的相对刚度自然不可忽视，故整体计算中按照规范要求加入了楼梯间，另外还采取以下措施进行加强：1、所有楼梯板均地面双层配筋，以前的设计中简单的认为楼梯板是两端简支的受弯构件，跨中板1何可以不配钢筋。但是汶川地震表明，地震中楼梯板会受到拉力，故必须

8、双层配筋；2、楼梯板的半