主-裙楼建筑结构设计相关问题探讨与思考

【摘 要】主-裙楼结构是一种常用的结构形式，由于毛楼与裙楼的高度不同，使结构体型复杂，整体刚度不均匀，将影响结构的动力特性和抗震性能。本文通过对某工程的结构抗震计算分析，掌握厂结构地震作用下的反应，确定，结构的薄弱部位，采取了相应的技术措施。

【关键词】高层建筑，主-裙楼结构，抗震设计

1 引言

随着城市建设的迅速发展，建筑功能复杂化、多样化，在工程设计中经常遇到由高层主楼与多层裙楼、地下车库等部分组成的建筑物，因此在我国的现代高层建筑结构中，主-裙楼结构是一种常采用的结构形式。由于建筑使用功能的需要，高层主楼与多层裙楼、地下车库之间一般要求不设缝，两使主楼与多层裙楼、地下车库连成整体。此时，由于主楼与裙楼的高度不同，使结构体型复杂，整体刚度不均匀，将影响结构的动力特性和抗震性能[1,2]。如何进行主楼与裙楼的整体抗震设计是工程设计人员面临的一个重要课题。

2 工程概况

该工程由2层地下室、4层裙楼及31层主楼组成，地下室、裙楼及主楼连为一体，是一栋商住两用的综合楼，建筑物总高度为96.6m，总面积为70540m2。地下二层为抗力6级的人防地下室，战时为物资库，平时作为停车库及设备机房，面积为11260m2；地下一层布置双层停车库、自行车库(设在夹层)、超市及设备机房，总面积为11190m2，地下室平面尺寸约为150m×75m；裙楼第一至三层为商场，设各式商铺、超级市场、酒楼、高级餐厅等设施，平面尺寸约为136m×45m：第四层为办公区和住宅、会所用房及露天绿化园林：主楼第四层与第五层之间为设备层。第五至三十一层为住宅层，三十一层以上为两层机电用房。本工程抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.29，设计地震分组为第一组。建筑场地类别为III类。

主楼采用灌注桩+筏板基础，裙房及地下车库部分采用独立柱基和墙下条形基础。主楼结构根据建筑的使用要求和有关规范的要求，采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。在主楼结构平面设计中，剪力墙主要布置在楼梯、电梯处，由这些剪力墙组成一个核心筒，并在核心筒的南端设置了一道剪力墙，楼盖梁采用宽扁梁。裙楼楼盖采用主次梁楼盖。

在地下室结构平面设计中，设置了钢筋混凝土外墙，停车场柱网一般为8.4m，且与高层结构不设缝连成整体。为了保证高层建筑的侧限、水平地震力有效地通过抗侧力构件传到地基上，除了主楼的剪力墙直接落到基底外，还在车库内布置了一定数量的剪力墙，主要布置在楼梯、电梯、汽车坡道、通风道处，并利用人防隔墙作剪力墙。

3 结构抗震计算分析

本工程计算抗震计算分析采用了PKPM的SATWE软件，考虑扭转耦联进行整体结构的抗震升析计算。

结构的前6个振型结构基本自振周期可以看出结构扭转为主的第一周期为2.0s，平动为主的第一周期为2.43s.两者之比为0.82，满足《高层建筑掘凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)的4.3.5条规定要求：A级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。

从能量的观点计算出了每个振型的侧振成份和扭振成份(二者之和等于1.0)，如果某个振型的侧振成份大于扭振成份，那么这个描型就是侧振振型，反之则是扭振振型。可以看出均为侧振振型的第一周期、第二周期数值(2.4s，2.3s)比较接近，运说明结构在两个主轴(X、Y)方向上刚度相差不大。对于常规的钢筋混凝土框架-剪力墙结构。其自振周期Tl一般为(0.06~0.12)n，n为建筑物层数。即结构的自振周期T1应在2.22s~4.44s之间。本结构的周期反映出本工程属于常规的钢筋混凝土框架-剪力墙结构。

本工程的前两个计算的2个振型周期比较接近，这是由于结构在X和Y方向的刚度比较接近。从计算的振型图可以看出以扭转为主的振型出现在前三个振型中，是因为结构平面长宽比较大，结构整体刚度不对称产生的扭转，在31层以上为高出屋面的机房，质量和刚度突然变小，顶层转角最大。

从振型曲线可以看出，在裙楼高度内，结构变形相对较小，四层以上的位移明显加大，说明裙楼限制了主楼结构的振动。由最大层间位移曲线可以看出，在地震作用下，X方向的最大位移角在顶层处，Y方向的最大位移角在15层处。

另外，作为朴充计算，对本工程采用时程分析法进行了弹性时程分析，以检验规范反应谱法的计算结果，弥补反应谱法的不足。时程分析法与底部剪力法和振型分解反应谱法的最大差别是能计算结构和结构部件在每个时刻的地震反应(内力和变形)。

对本工程按建筑场地类别(III类)、设计地震分组(第一组)选用了两组实际地震纪录和一组人工模拟的加速度时程曲线，进行了弹性时程分析。地震波的持续时间小于建筑结构基本自振周期的3~4倍，也不宜少于12s，地震波的时间间距取0.2s：输入地震加速度的最大值为70cm／s2。从弹性时程分析结果可以看出，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的65％，三条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80％；结构地震作用下的反应(内力、变形)与规范反应谱法的计算结果基本相近。

4 结构抗震措施

通过对本工程的结构抗震计算分析，掌握了结构地震作用下的反应，确定了结构的薄弱部位。为提高本工程抗震性能，尽量避免和减少刚度、质量突变带来的应力集中的不利影响，设计中采取了以下技术措施：

l、主楼6层以下的框架柱中设置了由附加纵向钢筋形成的芯柱，且附加纵向钢筋的截面面积不小于柱截面面积的0.8％。

2、裙楼的抗震等级与主楼相同，按一级设计；

3、加大一层、四层及主楼核心筒(楼、电梯)部位楼板的厚度，并采用双层双向配筋；

4、在跨高比不大于2的剪力墙连梁内配置了交叉暗撑；

5、从严控制主楼4层以下剪力墙的轴压比、剪压比；

6、加强3l层以上两层设备层的剪力墙配筋；

7、考虑扭转耦联作抗震、抗风计算分析和重力荷载下施工模拟分析。

5 结语

通过对本工程地震作用的计算分析可以得出以下结论：(1)裙楼的刚度对结构的振型影响很大，特别是对低阶振型的影响更明显，裙楼限制了主楼结构的振动，在裙楼高度范围内，结构变形相对较小，裙楼以上部分结构变形突然增大。(2)由于结构整体刚度不对称，在水平向地震力作用下，结构发生扭转运动。因此，在主一裙楼结构设计中，为了保证裙楼屋顶层能传递主楼的地震力，应加大裙楼屋顶层屋面板的厚度，并采用采用双层双向配筋；还应合理布置结构抗侧力构件，增大结构的抗扭刚度，减小结构的扭转影响。

参考文献

[1]黎虹, 康慨. 高层建筑主楼与裙楼间基础整体设计方法[J].低温建筑技术, 2008,30(3).

[2]钟声华, 胡小宁. 主裙楼一体结构地基承载力深度修正的探讨[J]. 山西建筑, 2010,36(28).