关于多层框架结构嵌固端位置选取对结构计算的影响

2017-06-01王延该

中华建设 2017年5期

王延该

王延该

一、引言

在有地下室的结构设计时，地下室的顶板是否做为上部结构的嵌固是很重要的。这不仅仅关系到计算结构的内力大小，而且在某些工程中会让整体结构成为一个超限建筑。现行规范对嵌固端的规定并没有明确的限制，而很多人的研究重心都放在高层的嵌固端位置确定。多层建筑对嵌固端位置的要求没有高层建筑的迫切，但是改变嵌固端位置是否会有利于结构计算，继而节约造价，这是本文讨论的中心。

嵌固端的定义：就是平常说的固定端，不允许构件在此部位有任何位移。如果将结构简化为立杆则嵌固端即为刚节点。在现行规范中，对于嵌固端的位置并没有详细的规定，只是对当嵌固端在地下室顶板时构件加强做出规定。在高层建筑的嵌固端研究已经相当深化的同时多层框架作为常用结构类型却少有关注。

本文仅以纯框架结构的简易模型计算，不考虑裙房、错层以及局部收进等情况，分别从地上层数变化和地下层数变化两方面出发，通过PKPM软件计算不同嵌固端位置来验证其变化对结构计算是否有利。

二、结构计算控制项

1.抗剪承载力之比

《建筑抗震设计规范》（GB5011-2010）第3.4.4条第2款第3小条规定：“楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。”

在简易模型中单方面改变地下室层数而保持地上层数不变，通过调整嵌固端的位置，X（或Y）方向最小楼层抗剪承载力之比计算结果统计如表1：

表1 地上六层地下层数变化而嵌固端位置不同时抗剪承载力之比的变化

表1的数据可以看出，随着地下室层数的增加，楼层最小抗剪承载力之比在不断变小，可见地下层数的增加会使建筑的薄弱区域更加明显，即地下层数较多不利于结构计算；嵌固端位置的变化对抗剪承载力之比的提高并不能起到作用，只在有二层地下室的情况有较明显的不利影响。

当地下室层数为二层时，嵌固端位于地下室顶板时楼层最小抗剪承载力之比最小，即对结构计算最不利。为了验证这个结果是否存在普遍性，在相同荷载及抗震条件下，对地上层数不同、地下二层的建筑模型进行计算，结果如表2：

表2 地下二层地上层数变化而嵌固端位置不同时抗剪承载力之比的变化

结果可见，对于多层框架结构，当地下室层数为2层时，选取地下室顶为嵌固端，结构计算最为不利，即最易形成薄弱层。在《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.5.3有规定，A级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪不宜小于其相邻上一层受剪承载力的80%，不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。可见对于多层框架结构，特别是有二层地下室的情况，将嵌固端置于地下室顶会造成层间抗剪承载力之比变小，可能使模型计算不满足规范要求，继而需要增加截面面积、增大配筋以及提高混凝土级别。

仅从楼层抗剪承载力角度考虑，多层框架结构不宜将嵌固端置于地下室顶面。

2.自振周期

结构自振周期直接影响结构抗震性能。结构越柔，结构计算形成的剪力越小，周期越大，计算的地震力越小，分配到抗震方面的作用就相应减少，相应计算值就会降低从而达到减小计算量，降低建造成本。由表3可以得出在嵌固端变化时，结构的自振周期不会变化。而随着地下室层数的变化，第一振型的周期不断变长（效果如前述），第三阵型的周期同样在变大，而作为控制条件的周期比则成曲线变化，见图1。