客厅挑空大开洞洋房住宅超限结构抗震设计

陈剑松　单志伟　张远华

摘 要：结合国家现行结构设计规范和分析软件，采用性能化设计方法，对客厅挑空大开洞洋房住宅结构进行了有针对性的计算分析。针对大开洞后平面不规则导致的结构超限问题，提出了有效的解决方案和切实可行的结构加强措施。

关键词：结构超限；抗震设计；性能化设计；地震动参数

中图分类号：TU973.31 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.122

采用客厅挑空设计的跃层洋房户型以其灵活的空间改造性和使用面积增益深受广大购房者的青睐。但客厅挑空势必会对楼层结构板造成较大的损害，进而降低结构的整体抗震性能。如何同时满足建筑使用功能和结构抗震安全两方面的需要，无疑对结构设计人员提出了更为严格、苛刻的要求。本文结合某洋房住宅设计实例，采用性能化设计方法，对客厅挑空大开洞洋房住宅结构进行了有针对性的计算分析，并提出了有效的分析方案和切实可行的结构加强措施。

1 工程概况

本工程为钢筋混凝土剪力墙结构，结构高度为29.7 m，判定为高层结构。由于客厅挑空设计，楼板开洞较大且平面存在较大凹进，其不符合《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）中的规定，属于平面规则性超限高层建筑。

2 地震动参数及地震作用

2.1 地震动参数

由《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）可知，选取小震、中震及大震相对应的地震影响系数αmax和特征周期Tg分别为0.04 s（0.45 s）、0.12 s（0.45 s）和0.28 s（0.50 s）。

2.2 反应谱

本工程小震设计以《建筑抗震设计规范》提供的小震反应谱作为设计依据。并采用《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）规定的地震影响系数曲线。

2.3 地震效应

本工程场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计地震分组为第一组，对于场地各拟建物的地震效应评价按不利原则选取地下车库与主体建筑未脱开的情况将场地类别评价为Ⅲ类，特征周期0.45 s。

3 抗震性能目标

本工程抗震性能目标设定为D级，即在小震作用下，各构件均处于弹性工作阶段；在中震作用下，允许墙、柱等关键构件开裂；在大震作用下，构件进入塑性工作阶段，允许局部破坏。

4 弹性分析

本工程弹性计算分析软件分别采用SATWE和MIDAS Building两种空间分析软件程序进行对比校核计算，计算分析采用整体空间结构模型，梁柱采用空间杆单元、墙采用壳单元。

塔楼X向、Y向的层位移曲线和层位移角曲线如图1所示。从图1中可以看出，SATWE与MIDAS两个软件计算结果接近，未发现异常情况，计算结果具有较高的可信程度；X向和Y向的位移及位移角曲线平滑，无明显突变段，说明结构竖向刚度分布均匀，有利于抵抗地震效应；结构最大位移角均小于1/1 000，满

足规范要求。

5 弹性时程反应分析

本工程选取了5条天然地震波和2条人工地震波。其所选地震波平均谱与反应谱对比图如图2所示。经过计算比对，时程分析基底剪力最小值与反应谱基底剪力比：X向=67.49%，Y向=81.31%；时程分析基底剪力平均值与反应谱基底剪力比：X向=86.69%，Y向=99.26%.

可以判定，选取的七组地震波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所采用的地震影响曲线在统计意义上相符。施工图设计时，拟采用振型分解反应谱法的计算结果来设计。

6 弹塑性分析

6.1 静力弹塑性分析

在罕遇地震下，结构弹塑性静力分析过程完整而不发散，其计算所得的罕遇地震性能点时刻所对应层间位移角为1/327（取上述计算中最大值），约为弹性层间位移角限值（1/1 000）的3倍，小于规范对剪力墙结构弹塑性层间位移角的限值（1/120）。在罕遇地震作用下，结构薄弱层弹塑性位移满足《高规》第3.7.5条要求。在罕遇地震作用下，基础底面零应力区比例为0.0%<15%，能够达到结构预期的抗震要求，即大震不倒。剪力墙及连梁在地震作用下起到了关键性的作用，大部分地震能量被耗散，从结构出铰情况来看也能充分证明这点。

6.2 动力弹塑性分析

通过对塔楼进行罕遇地震下的动力弹塑性及静力弹塑性通分析，暴露出塔楼主要薄弱部位主要为塔楼楼梯、电梯间出剪力墙和穿层剪力墙，设计施工图时，将适当加强该部位构造措施。主要抗侧力构件塑性发育程度有限，虽然部分墙肢屈服，但未破坏，施工图设计时，将重点加固该部分墙肢。大震作用下塔楼的最大层间位移角满足规范要求，并有一定富余，能够满足“大震不倒塌”的抗震设防目标。

7 结束语

本工程塔楼部分虽然平面均存在不规则的情况，但通过采取可靠、有效的加强措施，能够保证一般结构构件在多遇地震作用下结构完好无损，在设防地震作用下结构轻微损坏，在罕遇地震作用下结构中等破坏；关键构件在多遇及设防地震作用下下结构完好无损，在罕遇地震作用下不屈服。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB 50068—2001 建筑结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]中华人民共和国建设部.GB/T 50083—97 建筑结构设计术语和符号标准[S].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3]中华人民共和国建设部.GB 50223—2008 建筑工程抗震设防分类标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4]中国科学研究院会.GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

〔编辑：王霞〕