多层框架结构错层部位的抗震设计与分析

张 明

1 工程概况

某茶园茶文化展示区座落于山东省泰安市，地上2 层，层高均为3 m，建筑总高度7.25 m，室内外高差0.1 m，总建筑面积约为1153.8 m2，整个茶文化展示区屋顶均为坡屋顶。

该建筑物的结构形式为框架结构，所在地区的抗震设防烈度为6 度，地面粗糙度为B 类，设计地震分组为第三组，地震加速度为0.05g，该建筑场地类别为П 类，场地的特征周期为0.45 s，50 a 一遇的基本风压为0.40 kN/m2。建筑抗震设防类别为标准设防类，结构的设计工作年限为50 a[1-3]。根据《山东省建设工程抗震设防条例》相关规定，按照不低于地震动峰值加速度分区值0.1 g 确定抗震设防要求，同时，本工程采用的抗震设防烈度为7 度，抗震等级按照三级计算[4]。

2 框架结构错层位置结构设置

由于地理位置的原因，茶园茶文化展示区主楼8 轴线两侧位置存在高差，导致在8 轴线位置出现错层，建筑平面布置如图1 所示，建筑北立面布置如图2 所示。

图2 北立面图（来源：作者自绘）

3 框架结构抗震弹性分析

本工程采用建筑结构计算软件PKPM 进行整体计算分析及设计。

3.1 该结构整体参数

经整体计算分析，框架结构整体第1 周期为0.6279 s，Y向整体平动系数为0.72，第2 周期0.5868 s，X向整体平动系数为0.99，第3 周期为0.5093 s，Y向整体平动系数为0.27。第1 周期与第2 周期以平动为主，第3 周期以扭转为主，第3 周期的扭转周期与第1 平动周期之比为0.81，小于0.90，满足规范要求。X向地震工况下的全楼最大层间位移角为1/1155，Y向地震工况下的全楼最大层间位移角为1/896，均小于弹性层间位移角限值1/550，满足要求[5]。

3.2 错层处各点的层间位移角

8 轴线上分别与C轴、D轴以及E轴相交处节点的层间位移角数据如表1 ～表4 所示。

表1 X 向地震工况各节点位移角

表2 Y 向地震工况各节点位移角

表3 X+Y 地震（双向效应）工况各节点位移角

表4 Y+X 地震（双向效应）工况各节点位移角

3.3 错层处各点的剪力

8 轴线上分别与C轴、D轴、E轴相交处柱的楼层剪力数据如表5、表6 所示。

表5 X 向地震工况柱的楼层剪力 单位：kN

表6 Y 向地震工况柱的楼层剪力 单位：kN

3.4 错层处各点的柱底弯矩

8 轴线上分别与C轴、D轴、E轴相交处柱底弯矩如表7、表8 所示。

表7 X 向地震工况柱底弯矩 单位：KN·m

表8 Y 向地震工况柱底弯矩 单位：KN·m

3.5 错层位置的加强措施

将8 轴左右两侧相关范围内的结构板的厚度由原来的120 mm 更改为150 mm，重新经过整体计算分析，该框架结构的整体第1 周期为0.6297 s，Y向整体平动系数为0.73，第2 周期为0.5892 s，X向整体平动系数为0.99，第3 周期为0.5105 s，Y向整体平动系数为0.26。第1 周期与第2 周期以平动为主，第3 周期以扭转为主，第3周期扭转周期与第1 平动周期之比为0.81，小于0.90，满足规范要求。X向地震工况下的全楼最大层间位移角为1/1144，Y向地震工况下的全楼最大层间位移角为1/887，均小于弹性层间位移角限值1/550，满足要求[5]。

3.6 错层处加强后各点的层间位移角

8 轴线上分别与C轴、D轴、E轴相交处节点的层间位移角数据如表9 ～表12 所示[6-8]。

表9 X 向地震工况各节点位移角

表10 Y 向地震工况各节点位移角

表11 X+Y 地震（双向效应）工况各节点位移角

表12 Y+X 地震（双向效应）工况各节点位移角

3.7 错层处加强后各点的剪力

8 轴线上分别与C轴、D轴、E轴相交处柱的楼层剪力数据如表13、表14 所示。

表13 X 向地震工况柱的楼层剪力 单位：kN

表14 Y 向地震工况柱的楼层剪力 单位：kN

3.8 错层处加强后各点的柱底弯矩

8 轴线上分别与D轴、E轴、F轴相交处柱底弯矩数据如表15、表16所示[9-11]。

表15 X 向地震工况柱底弯矩单位：KN·m

表16 Y 向地震工况柱底弯矩单位：KN·m

3.9 错层处加强后的对比分析

经过对比分析得出，随着板厚的加大，错层处相关的位移角会增大，传递地震剪力也会随着板厚的增加而增大。

4 结语

错层部位导致的楼板不连续，不利于传递整体水平力，因此错层部位属于结构抗震的薄弱部位。针对此问题，需要对错层部位进行抗震设计与分析，充分考虑各种不利因素，保证结构设计的合理性和安全性。