上海金山新城多层商业建筑中的框架结构设计应用

夏先清

摘 要：城市中人口集中的地方就会有配套的生活设施，包括医院、学校、酒店和超市等，其中的商业圈也是休闲娱乐必不可少的一部分。商业建筑因其人员流动性大，功能灵活，开间大，因此采用框架结构的形式比较多。框架结构具有传力明确、结构布置灵活、抗震性和整体性好的优点。该文通过实际工程出发，简单介绍了商业建筑中的框架结构设计要点和实用性，并总结了一些自己的经验和设计概念。

关键词：多层建筑 商业 钢筋混凝土框架结构 轴压比

中图分类号：TU112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0072-03

不同的结构类型，在结构模型计算时遵循的规范和受力特点是不相同的。具体的工程，遇到问题的解决办法也不一定相同。只有通过对结构模型的输入计算，多次重复地演算，才能找到适合每一个工程的合理方法。事实上在结构方案阶段，结构的布置和选型、结构的计算模型、结构构件的设计和调整，以至于在简单的楼面板配筋的结构设计全过程中，都要寻求科学合理的方法，使计算结果满足规范的限值要求。

1 钢筋混凝土框架结构的受力特性

框架结构的主要受力构件为框架柱和梁，杆件主要靠混凝土的受压，钢筋受拉平衡外力，但混凝土和钢筋的力学性能相差很大，混凝土从受压到压碎，变形量很小，属脆性破坏；钢筋受拉从屈服到拉断，变形过程很长，延性良好。因此合理地设计框架梁、柱的截面能有效地提高框架结构的抗震性能。

柱是框架结构中最主要的承重构件，要使框架结构具有较好的抗震性能，应确保柱具有足够的承载力和必要的延性。“强柱弱梁”的概念要求在强烈地震作用下，结构发生较大侧移进入非弹性阶段时，为使框架保持足够的竖向承载能力而免于倒塌，要求实现梁铰侧移机构，即塑性铰应首先在梁上形成，尽可能避免在危害更大的柱上出现塑性铰。“强剪弱弯”的概念是在弯曲破坏之前不发生剪切破坏。

2 工程概况及基本设计参数

该工程为金山新城区B8地块商品房（商业）项目二期-11#商业，位于上海市金山区。结构形式为框架结构，地下室一层，地上五层，局部突出屋面六层，东西长122.4 m，南北宽41.1 m，建筑总面积为22 982 ㎡，其中地下室4 822 ㎡。建筑的总高度为23.95 m，建筑平面近似矩形，入口有切角。

该工程设计使用年限50年，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10 g，地面粗糙度为B类，场地类别为IV类，抗震设防分类为重点设防类（乙类），框架抗震等级为二级，地基基础设计等级为乙级。基础采用承台桩基础与筏板基础相结合的形式，桩选用边长450的HKFZ先张法预应力混凝土方桩，筏板厚度为600 mm。地下室顶板作为嵌固部位，板厚为180 mm，上部结构中间设缝，分为左、右两个塔楼计算。左塔一层、二层均为大型综合超市，三层为普通商业，四层、五层为电影院；右塔一层为电业站和普通商业，其余各层均为普通商业。

3 结构平面布置

该工程的结构平面布置较简单，呈矩形布置。由于甲方对功能的要求，均是大开间的商业空间，柱网大多为8.4 m×8.1 m，具体见平面图1、2、3。

多层商业建筑因其功能灵活，配套的设备用房也较多。该工程地下室一层为车库和设备用房，未做人防工程。结构设计的初步阶段，考虑了整个受力体系，提出了纯框架结构的设计想法，钢筋混凝土墙仅作为地下室的围护外墙。整体建模时，不考虑混凝土墙的承担力。

4 框架结构的概念设计

（1）该工程是大型商业建筑，属于乙类建筑，框架抗震等级为二级。按照《混凝土结构设计规范》第11.4.16条，柱的轴压比限值为0.75。轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值，以N/fc*bc*hc表示。柱的位移延性随轴压比增大而急剧下降，尤其在高轴压比条件下，箍筋对柱的变形能力影响不明显。随轴压比的大小，柱将呈现两种破坏形态，即混凝土压碎而受拉钢筋并未屈服的小偏心受压破坏和受拉钢筋首先屈服具有较好延性的大偏心受压破坏。框架柱的抗震设计一般应控制在大偏心受压破坏范围。因此，在结构设计中，轴压比的限值一定要在规范规定的范围内，严格控制轴压比的大小。

（2）由于该建筑体型较长，在中间增设防震缝的同时，并增设了两条后浇带。根据《建筑抗震设计规范》第6.1.4条，框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15 m时不应小于100 mm；当高度超过15 m时，7度每增加4 m，宜加宽20 mm。按该建筑的高度，设缝宽度为160 mm。

（3）该工程分为左、右两塔楼计算，左塔楼在建筑功能分区上主要为大型超市和电影院，超市楼面荷载由甲方提出不小于7.0 KN/m2，电影院的荷载另行按实际计算；右塔主要为普通商业，楼面活荷载不小于3.5 KN/m2。因此，模型输入时，为使两方向的刚度均衡，梁的布置采用十字交叉梁，主梁主要尺寸为350×800，次梁主要为250×600。外围边框梁的截面尺寸增大，为350×850、350×900等，提高周边抗扭刚度。

（4）楼面活荷载偏大，普通商业区域，设计时板厚均不小于120 mm。 超市和电影院的楼板厚度加厚，超市板厚为130 mm，电影院为150 mm，并按实际考虑荷载大小。左塔大面积楼板开洞的四周，板均设为弹性楼板，梁、板、柱的钢筋全部加强，双层双向配筋。地下室顶板的活荷载按不小于5.0 KN/m2计算，并构造加强配筋。电影院的楼面荷载按等效均布活荷载的确定方法，通过计算确定为6.0～10 KN/m2不等，根据建筑的座位排布具体布置荷载。影院大厅的框架柱为跃层柱，计算长度系数按规范予以增大，施工图设计时，柱箍筋全长加密，并增大配筋。

（5）初步设计时，模型的扭转刚度偏大。经过多次计算，减小结构内部的刚度，加强外围的刚度，减小扭转效应。按框架结构计算的弹性层间位移角限值为1/550，角柱的位移偏大，不满足要求。采取增大外围框架梁的截面尺寸，加宽加高，合理地增加角柱的截面，提高抗侧刚度，使计算结构满足规范的限值。

楼板大开洞和屋面网架的削弱，平面不规则导致了平面刚度不均匀。但实际上网架的刚度很大，为了让模型计算更接近实际，屋面网架处按刚性杆件输入，并在平面输入网架吊顶等的恒载和活载，以及由网架公司提供的网架传给框架柱的内力，主要以轴力为主。模型计算时考虑了所有可能的荷载，更真实地反映了结构的受力情况。

（6）地下室砼墙的设计，因未参与结构的整体计算，仅作为地下室挡土墙设计配筋和构造，并满足裂缝的要求。实际计算中模拟了两个模型计算，一是带地下室砼墙的模型计算，另一个是不带地下室砼墙的计算，两者计算比较受力情况，配筋对框架结构的影响取大值。

（7）施工图设计时，采取了很多构造加强的措施，以保证结构的安全性。楼板的厚度和配筋，重要部位的梁、柱箍筋的全长加密，纵筋也相应加强。楼梯间抗震等级的提高和配筋的加大等，加强了结构的整体性。

5 结语

具体工程，实际分析，寻求最合适的解决方法，是结构设计中理论与实际相结合的根本。多层建筑的钢筋混凝土框架结构设计，虽未及高层建筑结构设计的难度，但因其在工业与民用建筑中的广泛应用，功能和建筑需求的多样化，模型计算中细节的处理方法尤为重要。只有在实际工程中不断地积累经验，才能更好地解决结构设计中的一些问题。

参考文献

[1] GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4] 吴德安.混凝土结构计算手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2002.