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摘要：本文以某综合实训中心结构设计为例，指出在结构形式确定、薄弱层及结构超长处理等方面应注意的问题，为以后类似工程设计提供参考。
关键词：少墙框架结构薄弱层结构超长
中图分类号：TU323.5文献标识码： A
1 工程概况
该项目为某综合实训中心工程，主要功能为实训实验室。该工程东西长97.5米，南北长56.7米，未设置抗震缝；建筑高度23.85m，地上五层，无地下室；其中一层层高为6.25m，二～五层层高均为4.25m；工程结构安全等级为二级，抗震设防烈度7度，抗震设防类别丙类，结构形式为框架结构；建筑平面如图1所示，首层只在中部有通道相连，连接薄弱；内部有两个开敞庭院，且不在对称位置上，楼梯分布在建筑物四角及中部。
图1 （1）一层平面图
图1 （2）二～五层平面图
2问题分析与总结
2.1 结构扭转不规则
采用纯框架结构方案，经建模型计算，虽结构的弹性层间位移角满足规范要求，但是第一扭转周期与第一平动周期比达到0.95，超出规范不大于0.9要求较多，且第二周期扭转因子偏大，属抗扭不利建筑。而调整梁柱截面对于改善抗扭指标效果不明显。经过方案对比及与建筑方案协调，最终确定采用设置少量抗震墙的框架结构（以下称为少墙框架结构）来解决以上问题。结合建筑四角的楼梯间在建筑外围布置一定数量的剪力墙，以调整结构扭转控制指标，使之满足规范要求，纯框架及少墙框架结构的抗震性能指标对比见表1、表2。由表中数据可见，设置剪力墙后，第一扭转周期与第一平动周期比为0.92，虽仍大于0.9，但已有所改善，特别是第二、第三周期分別为较纯的平动周期及扭转周期，说明结构布置较为合理。
图2 标准层剪力墙布置图
表1 纯框架结构地震抗震性能指标
表2 少墙框架结构地震抗震性能指标
由于少墙框架结构形式是规范新增的内容，而且《高层建筑混凝土结构技术规程》［1］和《建筑抗震设计规范》［2］（以后分别简称《高规》和《抗规》）在此种结构形式上的规定内容也不尽相同。《抗规》第6.1.3条和第6.2.13条分别规定了少墙框架结构构件抗震等级的确定原则以及框架部分地震剪力值的取用方法，其中在确定框架部分的抗震等级时，是按照底层框架部分所承担的地震倾覆力矩是否大于总地震倾覆力矩的50%划分的；而《高规》第8.1.3条对于结构形式、抗震等级、轴压比限值以及结构的层间位移角等内容的设计方法则是根据框架部分承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值分区段划分的。因此《高规》关于少墙框架结构的规定更细微明确。本工程虽为多层建筑，但因其高度接近多层与高层之间的临界高度，且体型复杂、扭转不规则，用增大截面方式不易解决扭转不利问题，因此在兼顾建筑与结构的有效解决方案之后最终采用了布置少量剪力墙的少墙框架结构。本工程设计是按照《抗规》并参考《高规》的相关规定进行的。具体方式如下：
（1）《高规》规定，应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩的比值来确定相应的设计方法。因本工程结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值为63%左右，按照《高规》8.1.3条第四款规定，该工程应按框架-剪力墙结构进行设计，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用，剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构采用。
参考《建筑抗震设计规范应用与分析》［3］中对少墙框架结构的定义，确定本工程为“框架-剪力墙结构中的强框架”(具体见表3)。
（2）《抗规》第6.2.13条规定了少墙框架结构中框架部分承受的地震剪力值，宜采用纯框架结构模型和框架-剪力墙模型二者计算结果较大值，因此本工程按照两个模型分别计算，结构构件配筋按包络设计。
（3）剪力墙肢不满跨时的框架梁配筋构造（如图4所示）。其箍筋加密区的范围，支座钢筋长度等，均应满足抗震墙退出工作后纯框架结构的抗震构造措施，使其仍具备相应抗震性能。即框架梁附加纵向钢筋截断长度及箍筋加密区长度等，均需按照该墙肢是否做为支座包络设计。
图4框架梁一端与剪力墙顺接时构造做法
2.2 结构竖向不规则
本建筑一层层高为：6.25m，基础底标高-2.0m，基础高度1m，如果不采取措施，一层框架柱的计算高度为7.25m，与二层层高4.25m相比差距较大，首层与二层侧向刚度比为0.63（规范要求0.7），层间受剪承载力比为0.75（规范要求0.8）；不满足《抗规》表3.4.3-2中关于结构竖向规则性判断的要求，即一层为薄弱层。同时首层填充墙较多、较高，应采取措施避免首层填充墙下沉以减少后期开裂的可能性。综合以上因素本工程在-0.10m处增设一道框架梁；该框架梁既可作为首层墙体的基础，同时又能减小一层框架柱的计算高度，可使结构设计更合理。
本工程通过增大一层的框架柱截面尺寸及增设基础拉梁层的方式，使两层的侧向刚度比、层间受剪承载力满足规范要求，消除薄弱层。本工程拉梁层及首层框架柱截面尺寸为700X800mm，二层及以上框架柱截面尺寸600X700mm，经计算结果满足要求。
2.3结构超长的问题
该工程双向均超过《混凝土结构设计规范》［4］规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距的要求（55m），而且建筑要求不能设置伸缩缝，因此应采取有效措施来防止或减小施工及使用期间温度裂缝以及混凝土收缩裂缝。本工程采取以下措施来有效的减少裂缝的产生和发展：
（1）全楼采用补偿收缩混凝土。
（2）在南北向设置一道加强带，东西向设置两道加强带（图5）。加强带采用较设计强度提高一级的补偿收缩混凝土浇筑密实，并连续浇筑。
图5 楼板加强带布置图
（3）楼板钢筋双层双向设置，并适当增大楼板厚度及配筋，增强其抗温度裂缝能力。
（4）适当增加东西向框架梁通筋数量，增强其抗温度裂缝能力。
（5）提出材料及施工控制要求，并要求加强施工现场监督施工管理，以确保施工质量。
由于本工程东西向长度超过不设置后浇带的允许长度较多（超过77%），因此在设计及施工过程中提出较为严格的要求，并要求现场即时监测施工效果，到目前为止（已经开始使用），没有发现较为明显楼板及框架梁裂缝，说明采取措施合理有效。
3 结语
本文以综合实训中心结构设计为例，着重阐述了少墙框架结构的受力特点及具体设计中注意问题；同时对结构薄弱层的产生原因、消除以及结构超长问题的处理进行描述，为类似的工程设计提供参考。
参考文献
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]朱炳寅 建筑抗震设计规范应用与分析 中国建筑工业出版社
[4] GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
关键词：少墙框架结构薄弱层结构超长
中图分类号：TU323.5文献标识码： A
1 工程概况
该项目为某综合实训中心工程，主要功能为实训实验室。该工程东西长97.5米，南北长56.7米，未设置抗震缝；建筑高度23.85m，地上五层，无地下室；其中一层层高为6.25m，二～五层层高均为4.25m；工程结构安全等级为二级，抗震设防烈度7度，抗震设防类别丙类，结构形式为框架结构；建筑平面如图1所示，首层只在中部有通道相连，连接薄弱；内部有两个开敞庭院，且不在对称位置上，楼梯分布在建筑物四角及中部。
图1 （1）一层平面图
图1 （2）二～五层平面图
2问题分析与总结
2.1 结构扭转不规则
采用纯框架结构方案，经建模型计算，虽结构的弹性层间位移角满足规范要求，但是第一扭转周期与第一平动周期比达到0.95，超出规范不大于0.9要求较多，且第二周期扭转因子偏大，属抗扭不利建筑。而调整梁柱截面对于改善抗扭指标效果不明显。经过方案对比及与建筑方案协调，最终确定采用设置少量抗震墙的框架结构（以下称为少墙框架结构）来解决以上问题。结合建筑四角的楼梯间在建筑外围布置一定数量的剪力墙，以调整结构扭转控制指标，使之满足规范要求，纯框架及少墙框架结构的抗震性能指标对比见表1、表2。由表中数据可见，设置剪力墙后，第一扭转周期与第一平动周期比为0.92，虽仍大于0.9，但已有所改善，特别是第二、第三周期分別为较纯的平动周期及扭转周期，说明结构布置较为合理。
图2 标准层剪力墙布置图
表1 纯框架结构地震抗震性能指标
表2 少墙框架结构地震抗震性能指标
由于少墙框架结构形式是规范新增的内容，而且《高层建筑混凝土结构技术规程》［1］和《建筑抗震设计规范》［2］（以后分别简称《高规》和《抗规》）在此种结构形式上的规定内容也不尽相同。《抗规》第6.1.3条和第6.2.13条分别规定了少墙框架结构构件抗震等级的确定原则以及框架部分地震剪力值的取用方法，其中在确定框架部分的抗震等级时，是按照底层框架部分所承担的地震倾覆力矩是否大于总地震倾覆力矩的50%划分的；而《高规》第8.1.3条对于结构形式、抗震等级、轴压比限值以及结构的层间位移角等内容的设计方法则是根据框架部分承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值分区段划分的。因此《高规》关于少墙框架结构的规定更细微明确。本工程虽为多层建筑，但因其高度接近多层与高层之间的临界高度，且体型复杂、扭转不规则，用增大截面方式不易解决扭转不利问题，因此在兼顾建筑与结构的有效解决方案之后最终采用了布置少量剪力墙的少墙框架结构。本工程设计是按照《抗规》并参考《高规》的相关规定进行的。具体方式如下：
（1）《高规》规定，应根据在规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩的比值来确定相应的设计方法。因本工程结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值为63%左右，按照《高规》8.1.3条第四款规定，该工程应按框架-剪力墙结构进行设计，框架部分的抗震等级和轴压比限值宜按框架结构的规定采用，剪力墙的抗震等级按框架-剪力墙结构采用。
参考《建筑抗震设计规范应用与分析》［3］中对少墙框架结构的定义，确定本工程为“框架-剪力墙结构中的强框架”(具体见表3)。
（2）《抗规》第6.2.13条规定了少墙框架结构中框架部分承受的地震剪力值，宜采用纯框架结构模型和框架-剪力墙模型二者计算结果较大值，因此本工程按照两个模型分别计算，结构构件配筋按包络设计。
（3）剪力墙肢不满跨时的框架梁配筋构造（如图4所示）。其箍筋加密区的范围，支座钢筋长度等，均应满足抗震墙退出工作后纯框架结构的抗震构造措施，使其仍具备相应抗震性能。即框架梁附加纵向钢筋截断长度及箍筋加密区长度等，均需按照该墙肢是否做为支座包络设计。
图4框架梁一端与剪力墙顺接时构造做法
2.2 结构竖向不规则
本建筑一层层高为：6.25m，基础底标高-2.0m，基础高度1m，如果不采取措施，一层框架柱的计算高度为7.25m，与二层层高4.25m相比差距较大，首层与二层侧向刚度比为0.63（规范要求0.7），层间受剪承载力比为0.75（规范要求0.8）；不满足《抗规》表3.4.3-2中关于结构竖向规则性判断的要求，即一层为薄弱层。同时首层填充墙较多、较高，应采取措施避免首层填充墙下沉以减少后期开裂的可能性。综合以上因素本工程在-0.10m处增设一道框架梁；该框架梁既可作为首层墙体的基础，同时又能减小一层框架柱的计算高度，可使结构设计更合理。
本工程通过增大一层的框架柱截面尺寸及增设基础拉梁层的方式，使两层的侧向刚度比、层间受剪承载力满足规范要求，消除薄弱层。本工程拉梁层及首层框架柱截面尺寸为700X800mm，二层及以上框架柱截面尺寸600X700mm，经计算结果满足要求。
2.3结构超长的问题
该工程双向均超过《混凝土结构设计规范》［4］规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距的要求（55m），而且建筑要求不能设置伸缩缝，因此应采取有效措施来防止或减小施工及使用期间温度裂缝以及混凝土收缩裂缝。本工程采取以下措施来有效的减少裂缝的产生和发展：
（1）全楼采用补偿收缩混凝土。
（2）在南北向设置一道加强带，东西向设置两道加强带（图5）。加强带采用较设计强度提高一级的补偿收缩混凝土浇筑密实，并连续浇筑。
图5 楼板加强带布置图
（3）楼板钢筋双层双向设置，并适当增大楼板厚度及配筋，增强其抗温度裂缝能力。
（4）适当增加东西向框架梁通筋数量，增强其抗温度裂缝能力。
（5）提出材料及施工控制要求，并要求加强施工现场监督施工管理，以确保施工质量。
由于本工程东西向长度超过不设置后浇带的允许长度较多（超过77%），因此在设计及施工过程中提出较为严格的要求，并要求现场即时监测施工效果，到目前为止（已经开始使用），没有发现较为明显楼板及框架梁裂缝，说明采取措施合理有效。
3 结语
本文以综合实训中心结构设计为例，着重阐述了少墙框架结构的受力特点及具体设计中注意问题；同时对结构薄弱层的产生原因、消除以及结构超长问题的处理进行描述，为类似的工程设计提供参考。
参考文献
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]朱炳寅 建筑抗震设计规范应用与分析 中国建筑工业出版社
[4] GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.