1、某体型复杂建筑不设防震缝结构设计实例分析摘要本文通过对某工程是否设置防震缝结构方案的利弊分析，提出对于体型复杂的高层建筑，只要采取的计算措施正确、构造措施恰当及通过合理布置抗震墙尽量减小地震的扭转影响，并对局部应力集中部位采取构造加强措施，采用不设防震缝的结构方案是合理可行的。同时给出了体型复杂建筑不设防震缝所采取的计算及构造措施。 关键词体型复杂建筑；框架剪力墙结构；结构方案对比；satwe；防震缝； 中图分类号： TU398+.2 文献标识码： A 1 前言 近年来，高层建筑在我国有了迅速的发展，其特点之一是建筑体型趋向于个性化、功能化、复杂化。对于平面里面复杂的建筑，是否设置防震缝，目前
2、有两种截然不同的处理方法。一是按照惯例用防震缝将其分为若干规则的、相互独立的结构单元；二是不设防震缝，对可能存在应力集中的部位采取有针对性的加强措施，使整个建筑作为一个结构整体共同工作，通过适当调整抗震墙的布置使整体计算周期、位移控制在规范规定的合理范围之内。 本文结合石家庄市某大学学术交流中心的结构设计，给出了体型复杂建筑不设防震缝的设计要点，并进一步对不设防震缝的设计方法及采取的有针对性的措施进行阐释，以期能对类似体型复杂的建筑工程抗震设计提供可鉴之资。 2 工程概况 学术交流中心位于石家庄市，由地下 1 层超市，地上 3 层商业（裙房 3 层） ，及 12 层宾馆、公寓、办公楼组成。主屋
3、面离地高度 59.9 m。主楼结构平面布置为 L 形。设计使用年限及耐久性设计年限均为 50 年。抗震设防分类为丙类。抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.1 g，设计地震分组为第二组；建筑场地类别为类，设计特征周期 0.40 s。本工程建筑平面南北向和东西向均有较长外伸段，属于平面凸凹不规则（L/Bmax0.35、L/b2）及扭转不规则（楼层竖向构件最大水平位移和层间位移大于该楼层平均值的 1.2 倍）结构。按建筑抗震设计规范GB 50011-2010（以下简称抗规 ） ，体型复杂、平立面不规则的建筑结构，可按实际需要在适当位置设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元（结构单元
4、 1、2、3） 。 3 规范条文规定分析 针对复杂建筑结构的震害表现， 抗规第 3.4.5 条给出了是否设置防震缝的相关规定。当必须设置防震缝时，应根据抗震设防烈度、结构材料种类、结构类型、结构单元的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。当不设防震缝时，应按规定进行更精细的抗震分析并采取加强延性的构造措施；在进行建筑结构设计时，对于体型复杂的建筑设置防震缝并不一定是最合理的。 4 是否设缝结构方案对比分析 工程设缝与否，各有利弊。下面我们就以本工程为实例从模型计算、防震缝宽度确定、建筑立面美观及施工使用等几个方面对比分析设置防震缝的利弊。 结构设置防震缝后，体型复杂的建筑
5、结构被划分为若干规则的结构单体，各结构单体受力明确，计算简单。问题是设缝后，一则很难避免地震时的碰撞，再则部分结构单元较长，偏心扭转会较为严重。但如若不设缝，会存在结构平面复杂，连接部位易产生应力集中破坏等问题。 4.1 模型计算对比分析 下面对结构是否设缝分别建立模型采用分析软件 satwe 计算分析，通过数据可以看出：设置防震缝后，整个结构被分割成较规则的结构单体。对于结构单元 1 和结构单元 2，虽然 x、y 方向位移角减小，但因平面长宽比较大，最大层间位移比增大到了 1.35 和 1.36，扭转作用较不设缝整体模型增大；对于结构单元 3，为纯框架结构，其抗扭转刚度明显减小，最大位移比也
6、增大到了 1.37。因此设置防震缝后，虽在地震及风荷载作用下的周期位移满足规范要求，但是均不如不设缝整体模型理想。同时设置防震缝不但需增设双柱、双墙、双外框梁，而且由于需要进一步调整结构构件布置，增设抗震墙或加大框架柱、梁截面，从而增加工程投资。 4.2 罕遇地震下防震缝宽度分析 设置防震缝后，由表中罕遇地震下最大位移数值可以看出，在罕遇地震下，结构单元 1 与结构单元 2 的位移之和达到 375.82mm，虽然计算变形值满足规范规定的最大弹塑性层间位移角不应大于 1/100 的要求，但已经超过抗规第 6.1.4 条规定最小防震缝宽度（220mm）很多。而通常情况下，为使建筑立面易于处理及最大
7、限度增大使用面积，防震缝宽度一般按规范最小值采用。由上述分析可知，通常设置的防震缝宽度数值为最低要求，按此宽度设置的防震缝仅能保证在中小地震下（即结构基本处于弹性状态）相邻结构不会发生碰撞，在较大地震作用下，一旦结构进入弹塑性状态，发生碰撞的可能性将大大增加。国内外历次震害也充分证明了这一点。 故此从以上计算结果可以看出，不设缝的整体计算方案比设缝以后各个单独结构单元的结果要理想。 4.3 对立面、施工及造价影响 从建筑美观角度看，如果设置防震缝，各缝都在主要立面位置上，必然破坏建筑整体的立面效果和美观性；并且为了确保在较大地震作用下，相邻结构单元不会发生碰撞，防震缝宽度也需较大，导致在平面上
8、防水问题很难处理。 在实际施工及使用过程中，防震缝中常常存有砖头、砼渣块、模板等，致使实际缝宽小于设计值，妨碍了防震缝作用充分发挥。同时地震时防震缝两侧的结构碰撞，导致的主体结构损坏很难修复。 对于工程造价而言，由于设置防震缝，除需在缝两侧均增设一排框架柱、外圈框架梁外，还需在防震缝两侧按规范要求增设抗撞墙，无形中增加了工程造价。 因此，综合考虑以上各个方面因素，本工程采用不设缝的建筑结构方案。 5 本结构不设缝采取的措施 1在计算及模型调整上，由于不设防震缝，本结构属于建筑平面南北向和东西向均有较长外伸段的凸凹不规则结构体系，L 形两端头刚度较弱容易产生较大位移。为了增加整体抗扭刚度，调整周
9、期位移等参数，结合建筑楼电梯间位置，沿建筑周边及 L 形外伸段两端设置抗震墙，以保证具有足够的抗扭刚度，并尽可能使建筑物的刚度中心和质量中心重合或接近，减少结构的地震扭转效应，从以上表 1 中分析数据看，取得了很好的效果。 2对于超长的建筑物，规范要求设置一定数量的温度收缩缝，因本工程两个方向长度均接近 70m，且不设置防震缝，因此需采取特殊措施。目前我国超长建筑越来越多，特别是许多大型的公共建筑，因此对于不设缝技术的研究现在也越来越多。超长混凝土结构解决温度应力常用方法是使用限制膨胀率的补偿收缩混凝土。本工程在各层梁板中整体使用补偿收缩混凝土并沿建筑平面每隔 30m 左右增设 2m 宽膨胀加
10、强带。同时在各层楼板中均设置通长钢筋，增加水平向钢筋配筋率，以抵抗温度应力，较好的解决了结构超长这一问题，不仅有效而且施工方便。 3在构造措施方面，因 L 形转角部位容易产生应力集中，为避免结构出现受力薄弱部位，致使结构破坏，因此除加强此处楼板板厚及配筋，抗震墙端柱及与之相连的框架梁的构造与配筋外，还加强了此区域楼板其余边框梁的抗拉抗扭钢筋。 6 结语 鉴于按规范规定设置防震缝不能完全避免强烈地震下碰撞的发生，以及实际工程中分缝带来的种种弊端和历次地震中震害教训，本文通过一实际工程设计实例，提出只要采取的计算措施正确、构造措施恰当，并对局部应力集中部位采取构造加强措施，采用不设防震缝的建筑结构方案是更合理可行的。
