框架结构底层一侧挡土的结构设计

孙翠玲SUN Cui-ling；李宝花LI Bao-hua；井彦青JING Yan-qing；季则亮JI Ze-liang；姜永光JIANG Yong-guang；李丽LI Li；徐贵成XU Gui-cheng；王连花WANG Lian-hua

（①青岛市规划建筑服务中心，青岛266000；②青岛腾远设计事务所有限公司，青岛266000；③青岛建设装饰集团有限公司，青岛266000；④青岛三和施工图审查有限公司，青岛266000）

1 工程概况

某项目位于山东省青岛市崂山区，项目功能为仓储库房，东、南、西三侧地上6 层，北侧室外地面比另三侧高出一层，也就是北侧地上5 层；按6 层算结构高度31.2m；无地下室；采用框架结构体系，平面尺寸73.5m×22.9m，总建筑面积为1.01 万m2。建筑一层平面图如图1，二层～六层平面图见图2，剖面图如图3 所示。

图1 建筑一层平面图

图2 二层～六层平面图

图3 剖面图

2 结构设计条件

工程设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，建筑抗震设防等级为标准设防类，地面粗糙度为B 类，建筑场地类别为Ⅱ类。抗震设防烈度7 度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组第三组，框架抗震等级二级。

根据甲方提供的勘察报告，选⑥-1 中风化煌斑岩为持力层，承载力特征值为1000kPa，基础形式为扩展基础。

3 结构形式选择及结构布置

本项目结构设计特点是项目北侧地面比其它三面高出一层，对如何消除挡土侧土体水平力和挡土墙对结构整体刚度影响做了多方案分析研究，第一个方案是北侧建自重式挡土墙且墙顶做盖板与主体结构滑动连接，第二个方案是挡土墙做为主体结构的外墙，第三个方案是混凝土挡土墙做在北排框架柱的外侧，挡土墙与主体结构纵向可滑动，但土体的水平力又能传主体结构上。

3.1 第一方案 第一个方案是北侧建自重式挡土墙且墙顶做盖板与主体结构滑动连接，剖面见图4。

图4 第一方案剖面图

这个方案优点是构件受力相互独立，各自的受力分析较单一、受力明确，且这种情况下，主体结构的构造也相对简单，缺点是造价高。

3.2 第二方案 第二个方案是挡土墙做为主体结构的外墙，剖面如图5。

图5 第二方案剖面图

这个方案的优点是施工简单，缺点是主体结构挡土墙一侧刚度过大带来结构刚心偏置和扭转位移比过大。

3.3 第三方案 第三个方案是混凝土挡土墙做在北排框架柱的外侧，挡土墙与主体结构纵向可滑动，但土体的水平力又能传主体结构上剖面图如图6 所示。

图6 第二方案剖面图

这个方案的优点是节约了场地资源，利用了场地空间，挡土墙刚度传不到主体结构上，避免了刚心偏置和扭转位移比过大，又利用了主体结构的刚度抵抗挡土墙的水平力。

4 计算分析

用SAUSAGE 对结构进行了弹塑性时程分析。根据不同的结构方案，建立了三个不同的模型，模型一对应于结构布置方案一；模型二对应于结构布置方案二；模型三对应于结构布置方案三。

根据抗震规范，采用时程分析时，选取了一条人工波，两条天然波，且多组时程曲线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系数曲线（规范谱）在统计意义上相符。地震波波形图如图7，地震波反应谱曲线与规范谱曲线对比如图8。对比了每个方案的最大基底剪力、剪重比、位移角和构件损伤。

4.1 楼层剪力

弹塑性层间剪力计算结果，方案一，X 向弹塑性基底剪力平均值为11.8MN，Y 向弹塑性基底剪力平均值为13.7MN。方案二，X 向弹塑性基底剪力平均值为12.5MN，Y 向弹塑性基底剪力平均值为13.67MN。方案三，X 向弹塑性基底剪力平均值为11.83MN，Y 向弹塑性基底剪力平均值为13.8MN。

多遇地震弹性计算结果，方案一和方案三，X 向基底剪力平均值为3.7MN，Y 向基底剪力平均值为3.6MN。方案二，X 向基底剪力平均值为3.97MN，Y 向基底剪力平均值为4.01MN。

4.2 位移角

图7 地震波波形图

图8 地震波反应谱与规范谱对比图

层间弹塑性位移角，三种方案计算结果显示，最大层间位移角均能满足规范要求。

小震下弹性层间位移角，方案一和方案三，X 向最大层间位移角为1/716，X 方向最大位移与层平均位移的比值：1.01，Y 方向最大层间位移角为1/632，Y 方向最大位移与层平均位移的比值：1.05；方案二，X 向最大层间位移角为1/745，X 方向最大位移与层平均位移的比值：1.57，Y 方向最大层间位移角为1/732，Y 方向最大位移与层平均位移的比值：1.04。

4.3 构件损伤情况

用GAP 单元链接建立模型三，初始缝设置为5mm，主体结构向挡墙方向运动时，设挡墙不动发生碰撞，主体结构向挡墙反方向运动时，两者脱开。方案一～方案三，①轴边跨损伤图如图9 所示，西南角局部损伤图如图10 可以看出，方案一和方案三，大部分梁和柱为轻微和轻度损伤；方案二中，大部分梁和柱子为中度损伤，均满足抗震性能要求。

图9 轴边跨损伤图

图10 西南角局部损伤图

5 节点设计

挡墙与主体结构间设缝脱开，挡墙顶纵向与主体结构间贴EPS 可压缩板，纵向可以滑动；水平向和主体结构间贴XPS 挤塑板，挤塑板有一定弹性，可以压缩，又有一定的硬度，可以传递水平力，但挡墙刚度不传递到主体结构上，避免了主体结构刚心偏置和扭转位移比过大。

图11 挡墙与主体结构剖面图

6 结语

对挡土墙与主体相连的方案进行了大震作用下弹塑性分析，分析显示大震作用下东南和西南角部框架柱扭转破坏较重并给出了相应加强措施；对挡土墙与主体结构滑动可连接的方案，进行了挡土墙对主体结构在大震作用下的碰撞分析，分析显示构件损伤满足大震下性能目标。这个方案节约了场地资源，利用了场地空间且主体结构抗震性能好，建议甲方优先采用挡土墙与主体间又能传递水平力又不对主体传递刚度的方案。