底层层高很高局部带夹层的框架结构的结构设计探讨

底层层高很高局部带夹层的框架结构的结构设计探讨

摘要：本文结合笔者从事结构设计的实践，对底层层高很高局部带夹层的框架结构的结构设计进行剖析，提出了底层层高很大局部带夹层的框架结构的结构设计要点，为同类工程结构设计提供参考。

关键词：层高；夹层；框架结构；设计

在日常建筑设计工程中，很大一部分工程属于多层建筑，结构受力体系通常采用框架结构。有时我们会遇到底层层高较大，局部带夹层的情况，例如多层厂房，底层需要安放较高设备或者在纵向布置轨道吊车等，底层层高可能达7至9米。由于底层层高大，底层楼梯往往布置成多跑楼梯，中间楼梯休息平台就会形成夹层；另外为了增加使用面积，充分利用层高，在不影响底层使用功能的前提下，在紧连楼梯部位，通常会布置一些辅助用房，这样底层平面就会形成局部带夹层的平面布置。

在结构建立模型时，在夹层楼面标高处，通常就要增加建一个标准层，以便能绘制夹层平面的柱、梁、板配筋施工图，这样底层就被划分为二个标准层，二层以上各楼层单独建立一个标准层，将所有各标准层组装，形成结构模型。确定各项参数，进入Satwe-8计算，计算完成后，查看结构计算书，在《结构设计信息》、《周期振型地震力》、《结构位移》中，周期比、位移比、刚度比、层间受剪承载力之比、刚重比、剪重比，以上简称为“六比”，各项指标是否满足规范规定的各项指标限值。如果“六比”满足要求，就直接进入梁、柱、板施工图设计，这是很危险的。因为将底层划分为二个标准层后，《结构设计信息》中Ratx1、Raty1数值并没有反映底层侧移刚度与二层侧移刚度的比值。这里的Ratx1、Raty1是表示x、y方向本层塔侧移刚度与上一层相邻塔侧移刚度70%的比值。这里的层是指所组装的相邻上、下标准层，而非自然层（底层被分为二个标准层）。层侧移刚度与柱长度密切相关，各层柱的长短对层侧移刚度影响最为明显。将底层（一个自然层）人为的分成二个标准层，柱高度降低近一半，标准层侧移刚度就会增大很多，第一、二标准层的Ratx1、Raty1值就显得偏大。事实上如果底层柱、梁断面不是足够大，底层侧移刚度与二层侧移刚度的比值往往很小，甚至小于0.5的情况。根据《建筑抗震规范》关于结构规则性的划分，整个结构就会出现特别不规则，或者是严重不规则的情况，这在结构设计中就应当避免。

为了能判别结构的规则性，因此必须另外拷贝一个结构模型，夹层楼面标高处的梁以层间梁建入，梁上墙体重量以梁上荷载输入。由于夹层平面面积与整个底层平面面积相比较，通常较小，为简化可以忽略夹层平面楼板对底层侧移刚度的影响；楼梯建模根据实际情况，按多跑楼梯建入，形成后的结构整体模型，经Satwe-8计算后，《结构设计信息》计算书中的各层Ratx1、Raty1值，才是真实反映下层侧移刚度与相邻上层侧移刚度70%的比值。

《建筑抗震设计规范》关于建筑形体及其构体布置的规则性有专门规定。

3.4.1条是强制性条文，建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究

和论证采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用。

建筑结构的不规则分平面不规则、竖向不规则二种类型。《建筑抗震规范》表3.4.3-1、表3.4.3-2列出了平面不规则、竖向不规则的主要类型。不规则、特别不规则、严重不规则三种不规则程度划分，在《建筑抗震设计规范》条文说明中有具体阐述。厂房类建筑或者是其它平面比较简单的建筑，其平面布置比较规整，一般不会出现平面不规则，主要还是存在竖向不规则情形。当本层侧移刚度小于相邻上层侧移刚度的50%时，就属于特别不规则，当然还有其它指标如扭转周期比大于0.9时也会出现特别不规则等。

底层层高很大的框架结构，底层侧移刚度是比较小的，为了使结构不出现特别不规则或严重不规则，底层其侧移刚度与相邻上层侧移刚度的比值要大于0.5。也就是要满足Ratx1、Raty1≥本层侧刚/上层侧刚0.7倍＝0.5/0.7＝0.714，当Ratx1、Raty1值小于0.714时，说明结构出现特别不规则，就要调整结构构件截面，加大底层柱、梁断面，同时基础要做到尽量浅埋，减小底层柱长度，以增强底层侧移刚度，直至Ratx1、Raty1值满足大于0.714的要求。其它各层如果层高不出现异常，Ratx1、Raty1值一般情况下往往都大于1。此外，检查“六比”各项指标值，只有当上述各项指标满足规范规定的要求后，结构的抗震性能，结构的受力体系才是科学的、合理的、安全的。接下来进入结构构件如梁、柱、板的配筋计算才有意义。

在具体设计计算柱、梁、板配筋时，在前一个结构模型（在底层夹层楼板面标高处划分成二个标准层）基础上，根据后一个结构模型调整后的梁、柱断面尺寸以及有关柱长尺寸进行相同调整，重新组装计算。验算柱轴压比、以及是否设考虑柱、梁配筋放大系数，比较前后二个结构模型的柱、梁配筋面积，二者取其大者。这样就可绘制各层（包括夹层平面）的梁、柱、板施工图。

结束语：底层层高很大局部带夹层的框架结构，设计中，首先将底层设为一个标准层，参加结构整体分析计算，判明整体结构是否会出现不规则或严重不规则情况，否则要进行对可能引起结构特别不规则或者严重不规则的结构构件比如底层的梁、柱断面作出调整。只有当整个结构的抗震性能、结构受力科学合理安全后，再将底层在夹层楼面标高位置补充建立一个标准层，重新组装进行结构整体分析计算，确定各层的柱、梁、板配筋施工图，这一点务必请设计人员引起高度重视。