设沉降缝的不规则建筑结构设计实例分析

赵端

（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西 太原 030024；太原理工大学建筑设计研究院，山西 太原 030024）

一、工程概况

某建筑在平面上为不规则形状（下图），且各部分高度也不完全一致，故将整个建筑用沉降缝划分为A、B、C三个区域，如图1所示。A、B区地下一层，层高4.8 m，地上1 5层，建筑高度5 7.9 0 0 m；C区地下一层，层高4.8 m，地上5层，建筑高度2 1.0 0 0 m。此建筑设计使用年限5 0年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类。A、B区为商业办公楼，C区为超市。

二、自然条件及地质情况

场地地基土各主要土层的工程地质特征见下表1（按自上而下排序）：

表1土层的工程地质特征

此工程为Ⅲ类建筑场地类别，8度抗震设防烈度，设计基本地震加速度值为0.2 g，设计地震分组属第一组。5 0年一遇基本风压值0.4 0 k N/m2，5 0年一遇基本雪压值0.3 5 k N/m2。地下水类型为孔隙潜水，地下水稳定水位埋深为1 0.6 0~1 0.9 0 m，考虑干湿交替时场地地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均不具腐蚀性；在长期浸水条件下，场地地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中的钢筋均不具腐蚀性。场地可按非液化场地进行设计，可不考虑地基土的震陷问题。

三、地基处理及基础形式

据相应岩土工程勘察报告显示，天然地基不能满足使用要求，经综合考虑，A、B区采用长螺旋钻孔、管内泵压C F G桩进行地基处理，从而提高地基的承载能力。通过计算，桩直径为4 0 0 m m，正方形布桩，桩距1.4 m×1.4 m，有效桩长1 5.3 m，桩体混凝土强度等级C 2 0，且要求单桩承载力特征值≥500 k N，要求处理后的复合地基承载力特征值≥3 5 0 k p a。C区地基处理采用整片垫层法，垫层厚为2 m，要求处理后的地基承载力特征值≥1 5 0 k p a。

根据地基承载力大小、主体结构布置以及场地地质情况，A、B、C区均采用梁板式筏型基础，A、B区筏型基础板厚为1 0 0 0 m m，C区筏型基础板厚为6 0 0 m m。地基基础设计等级A、B区为乙级，C区为丙级。

四、结构主体设计

1.结构选型

A、B区结构体系采用钢筋混凝土框架——抗震墙结构，其抗震墙的抗震等级为一级，框架的抗震等级为二级；C区结构体系采用钢筋混凝土框架结构，其框架的抗震等级为二级。

2.主要荷载取值

表2设计采用主要活荷载标准值 k N/m2

此外，门厅 走廊 楼梯荷载，对于餐厅和办公室取2.5 k N/m2、对于客房取 2.0 k N/m2、对于其他取 2.0 k N/m2。屋面、挑檐、雨篷的施工或检修荷载取每平方米1.0 k N、阳台栏杆顶部水平荷载取每平方米0.5 k N。大型设备按实际情况取值。

3.主要结构材料选用

表3A、B区混凝土强度等级表

表4 C区混凝土强度等级表

此外，主要采用的钢筋为H P B 3 0 0和H R B 3 3 5级钢筋，钢板及型钢采用Q 2 3 5级。标高±0.0 0 0以下墙体材料采用M U 1 0黏土实心砖，M 1 0水泥砂浆砌筑；标高±0.0 0 0以上墙体材料采用M U 2.5加气混凝土砌块（容重小于6 k N/m3），M 5混合砂浆砌筑。

4.主要受力构件尺寸取值

表5 A、B区结构主要构件尺寸 mm×mm

表6 C区结构主要构件尺寸 mm×mm

5.计算软件及计算依据

该工程在计算时所用的程序为中国建筑科学研究院编制的高层建筑结构空间有限元分析与计算软件P K-P M。计算依据为建筑条件图以及《建筑地基基础设计规范》GB50007－2011、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3-2010、《建筑抗震设计规范》GB50011－2010等国家相关规范。

6.计算结果分析

（1）位移比

在考虑地震力偶然偏心的条件下，最大位移与层平均位移的比值：X向为1.1 7，Y向为1.1 8；最大层间位移与平均层间位移的比值：X向为1.1 6，Y向为1.1 7。位移比均小于1.2，故不需考虑双向地震作用。

（2）层间位移

计算时不考虑偶然偏心的影响，也不扣除整体弯曲变形，则X方向地震力作用下的楼层最大位移为：1/1 0 1 0；Y方向地震力作用下的楼层最大位移1/8 8 0，均小于1/8 0 0，满足规范要求。

（3）剪重比

底层水平剪力与结构总重力荷载代表值比值：X向为4.9 0%；Y向为4.6 6%，均大于抗规5.2.5条要求的楼层最小剪重比3.2 0%，满足要求。

（4）刚度比

结构整体稳定验算：其X向的刚重比E J d/G H 2=1 1.1 7；Y向的刚重比E J d/G H 2=8.3 4，均大于1.4，满足高规5.4.4条的整体稳定验算，同时也均大于2.7，可以不必考虑重力二阶效应的影响。

（5）轴压比

以框柱3为例进行说明，其底层轴压比为0.7 1，满足高层建筑规范6.4.2条小于0.7 5的规定，其余框架柱也同样满足要求。

（6）周期比

表4考虑扭转耦联时的计算结果

结构以扭转为主与以平动为主的第一周期比为1.0 9 8 4/1.5 9 2 0=0.6 8 9 9＜0.9；其地震作用的最大方向为负6 9.9 4 7度；有效质量系数：X方向为9 9.5 4%；Y方向为9 9.5 8%。

（7）框架柱地震倾覆弯矩百分比

在基本振型的地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩占结构总地震倾覆力矩的百分比：X向为2 8.9 7%；Y向为2 3.0 1%，均小于5 0%，故本建筑中框架的抗震等级按照框剪设计是合理的。

计算结果表明，不规则建筑设置沉降缝进行分区设计能够满足受力要求，各项指标均能符合规范限值，因此该设计过程合理正确。