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摘要：本文通过对具体工程的分析，归纳了在高位转换的大型高层商住楼抗震设计中，确定结构构件的抗震等级时所应考虑的影响因素，为类似工程的抗震设计提供借鉴。
关键词：高位转换，商住楼，高层建筑，抗震等级
随着我国城市规模的扩大，以及建设现代大都市的需要，对于商业建筑的需求在高速地增长。尤其在大都市的主要商圈，寸金尺土，商业的价值远超住宅，造成商住楼除了不断拔高外，底部的商用裙房的层数也在不断增加，产生了不少的高位转换的高层商住楼。本文以某高位转换的高层商住楼为例，对在设计中如何确定结构的抗震等级进行了探讨。
1、 工程概况
本工程是位于广州的主要商圈的高层商住楼，地下室四层，地上部分共三十层，其中商用的裙房五层，塔楼部分由六栋二十五层的住宅楼组成，总建筑面积约16.5万平方米，建筑总高度约99米。上部住宅的结构形式为剪力墙结构，而由于商用裙房对于空间的要求较高，必须在五层裙房顶处设置结构转换层，将部分剪力墙转换为框支框架。
2、 确定抗震等级时应注意的问题
结构构件的抗震等级是重要的设计参数，是抗震构造措施的设计依据。抗震等级的确定是否正确，将直接影响最终的工程设计质量。
本工程所在地的地震设防烈度为七度（0.1g），按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）（以下简称《高规》表4.8.2规定，大于80米的A级高层，其结构构件的抗震等级如表一所示。
表一：《高规》中的相关规定
然而，除了简单地按建筑高度和设防烈度确定外，影响抗震等级的因素还有很多：
（1）结构嵌固部位的选择
结构嵌固部位的选择将直接影响主楼范围内的地下室结构的抗震等级。根据《高规》第4.8.5条：当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。但同时，规范对于作为嵌固部位的地下室顶板及负一层墙柱提出了较高的构造要求，如：地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下室顶楼盖应采用梁板式结构，板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。；对于地上一层竖向构件的内力及地下室顶板梁柱节点的承载力也有相应的要求。
因此，对于单层地下室，通常选择基础底板作为结构嵌固端，有利于降低地下室顶板和负一层柱的构造措施要求，节省造价，并能为地下室的结构布置带来更多的灵活性；而对于地下室多于一层时，嵌固部位的选择则须权衡利弊。对于本工程这样设有四层地下室的建筑，则通常选择地下室顶板作为嵌固部位更经济合理。
当然，地下室顶板作为嵌固端是有条件的，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）（以下简称《抗规》）第6.1.14条规定：地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2，侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。本工程经计算地下室侧向刚度满足以上要求，因此可将嵌固端选于首层，地下一层抗震等级按首层取值，地下二层降低一级，地下三至四层再降一级（最低为三级）。
需要注意的是，在计算嵌固端上下两层刚度比的时候，可以计入的地下室剪力墙（主要指上部结构范围以外的地下室外侧壁）范围，在《抗规》和《高规》中均无明确表述。一般的理解（如文献［4］），此范围不宜超过40～50米。但在新的《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称《新抗规》）第6.1.14条的条文说明中的表述为：“相关范围”一般可从地上结构(主楼、有裙房时含裙房)周边外延不大于20m。这将对是否能将地下室顶板设为嵌固端产生一定的影响。
（2）商用裙房的影响
根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—2008）第6.0.5条规定，商业建筑中，人流密集的大型的多层商场抗震设防类别应划为重点设防类。当商业建筑与其他建筑合建时应分别判断，并按区段确定其抗震设防类别。在条文说明中，大型商场指一个区段人流5000人，换算的建筑面积约17000m2或营业面积7000m2以上的商业建筑。本工程的商用裙房建筑面积约４万平方米，显然超过以上标准，因此，裙房的抗震设防类别应为重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度（即八度）的要求加强其抗震措施。而按广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)补充规定（以下简称《补充规定》）中3.6.2条规定：“8度设防区、高度大于80m的部分框支剪力墙结构的抗震等级，非底部加强区剪力墙为一级，底部加强部位剪力墙为特一级，框支层框架为特一级”。
对于裙楼以上的塔楼住宅部分的抗震等级，则根据分段设定的原则，仍按标准设防类别，根据本地区抗震設防烈度（七度）确定抗震等级：除六至七层剪力墙属底部加强区而采用一级抗震外，其余的剪力墙及框架梁均为二级。
（３）框支框架抗震等级的影响范围
《高规》与《抗规》都单独提出了对于框支框架的抗震等级的要求，以加强其抗震性能。但具体表述上略有不同，《抗规》表6.1.2中的表述为“框支层框架”，而《高规》表4.8.2中的表述为“框支框架”。按一般的理解，框支框架除包括框支层框架外，还应包括框支层以下至嵌固端之间的框架部分。如文献［4］在第2.25点中表述：“框支框架是指转换构件(如框支梁) 以及其下面的框架柱和框架梁”。
在本工程设计时，采用了《补充规定》中第3.6.1条的规定：“框支层及其以下一层按框支框架采用相应的抗震等级，其余按框架－剪力墙或框架－筒体结构的抗震等级采用”。因此，本工程框支框架中四至五层的转换柱及转换梁按框支层框架确定抗震等级，即特一级；而一至三层梁、柱则按框架－剪力墙确定其抗震等级，8度设防时，应为一级。
对于裙房中主楼范围以内的其它框架梁，则按8度设设防区框-剪结构考虑，采用一级抗震。与框支层框架直接相连的框架构件适当加强抗震构造措施。
（４）高位转换的影响
《高规》第10.2.5条规定：“对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用，已经为特一级时可不再提高”。
根据以上规定，由于按前述几点的规定，本工程的框支层框架及加强区的剪力墙已为特一级，因此不须再提高。
（5）主楼以外的裙楼结构抗震等级
本工程的裙楼与主楼连成整体，不设缝。按《高规》第4.8.6条规定：“抗震设计时，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级”。
另外，《补充规定》中第3.6.4条规定：当主楼为部分框支剪力墙结构而裙楼为框架-剪力墙或框架结构时，裙楼可按框架-剪力墙结构考虑抗震等级。文献［4］第2.26条中的表述也与此相似。
根据以上规定，本工程主楼范围以外的裙楼框架部分可按框架-剪力墙确定抗震等级，由于裙楼属重点设防类别，按八度采取抗震措施，根据《高规》表4.8.2中规定，框架及剪力墙的抗震等级均为一级。与框支框架直接相连的框架构件适当加强抗震构造措施。
（6）汇总
在考虑了上述影响因素后，本工程各楼层结构构件的抗震等级设置如图一所示。
图一 抗震等级设定示意图
3、 总结
通过上文的分析可见，由于高位转换的高层商住楼结构有一定的特殊性，在确定其结构构件的抗震等级时，相比一般的住宅或商住楼而言更为复杂，影响的因素更多。当然，每个工程都有自身特殊的设计条件，相关规范条文及其解释也在不断更新，本文的目的仅是为类似的工程设计提供参考、理清思路，避免遗漏。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词：高位转换，商住楼，高层建筑，抗震等级
随着我国城市规模的扩大，以及建设现代大都市的需要，对于商业建筑的需求在高速地增长。尤其在大都市的主要商圈，寸金尺土，商业的价值远超住宅，造成商住楼除了不断拔高外，底部的商用裙房的层数也在不断增加，产生了不少的高位转换的高层商住楼。本文以某高位转换的高层商住楼为例，对在设计中如何确定结构的抗震等级进行了探讨。
1、 工程概况
本工程是位于广州的主要商圈的高层商住楼，地下室四层，地上部分共三十层，其中商用的裙房五层，塔楼部分由六栋二十五层的住宅楼组成，总建筑面积约16.5万平方米，建筑总高度约99米。上部住宅的结构形式为剪力墙结构，而由于商用裙房对于空间的要求较高，必须在五层裙房顶处设置结构转换层，将部分剪力墙转换为框支框架。
2、 确定抗震等级时应注意的问题
结构构件的抗震等级是重要的设计参数，是抗震构造措施的设计依据。抗震等级的确定是否正确，将直接影响最终的工程设计质量。
本工程所在地的地震设防烈度为七度（0.1g），按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）（以下简称《高规》表4.8.2规定，大于80米的A级高层，其结构构件的抗震等级如表一所示。
表一：《高规》中的相关规定
然而，除了简单地按建筑高度和设防烈度确定外，影响抗震等级的因素还有很多：
（1）结构嵌固部位的选择
结构嵌固部位的选择将直接影响主楼范围内的地下室结构的抗震等级。根据《高规》第4.8.5条：当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。但同时，规范对于作为嵌固部位的地下室顶板及负一层墙柱提出了较高的构造要求，如：地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下室顶楼盖应采用梁板式结构，板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。；对于地上一层竖向构件的内力及地下室顶板梁柱节点的承载力也有相应的要求。
因此，对于单层地下室，通常选择基础底板作为结构嵌固端，有利于降低地下室顶板和负一层柱的构造措施要求，节省造价，并能为地下室的结构布置带来更多的灵活性；而对于地下室多于一层时，嵌固部位的选择则须权衡利弊。对于本工程这样设有四层地下室的建筑，则通常选择地下室顶板作为嵌固部位更经济合理。
当然，地下室顶板作为嵌固端是有条件的，《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2001）（以下简称《抗规》）第6.1.14条规定：地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2，侧向刚度的计算方法按照条文说明可以采用剪切刚度。本工程经计算地下室侧向刚度满足以上要求，因此可将嵌固端选于首层，地下一层抗震等级按首层取值，地下二层降低一级，地下三至四层再降一级（最低为三级）。
需要注意的是，在计算嵌固端上下两层刚度比的时候，可以计入的地下室剪力墙（主要指上部结构范围以外的地下室外侧壁）范围，在《抗规》和《高规》中均无明确表述。一般的理解（如文献［4］），此范围不宜超过40～50米。但在新的《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（以下简称《新抗规》）第6.1.14条的条文说明中的表述为：“相关范围”一般可从地上结构(主楼、有裙房时含裙房)周边外延不大于20m。这将对是否能将地下室顶板设为嵌固端产生一定的影响。
（2）商用裙房的影响
根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB 50223—2008）第6.0.5条规定，商业建筑中，人流密集的大型的多层商场抗震设防类别应划为重点设防类。当商业建筑与其他建筑合建时应分别判断，并按区段确定其抗震设防类别。在条文说明中，大型商场指一个区段人流5000人，换算的建筑面积约17000m2或营业面积7000m2以上的商业建筑。本工程的商用裙房建筑面积约４万平方米，显然超过以上标准，因此，裙房的抗震设防类别应为重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度（即八度）的要求加强其抗震措施。而按广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)补充规定（以下简称《补充规定》）中3.6.2条规定：“8度设防区、高度大于80m的部分框支剪力墙结构的抗震等级，非底部加强区剪力墙为一级，底部加强部位剪力墙为特一级，框支层框架为特一级”。
对于裙楼以上的塔楼住宅部分的抗震等级，则根据分段设定的原则，仍按标准设防类别，根据本地区抗震設防烈度（七度）确定抗震等级：除六至七层剪力墙属底部加强区而采用一级抗震外，其余的剪力墙及框架梁均为二级。
（３）框支框架抗震等级的影响范围
《高规》与《抗规》都单独提出了对于框支框架的抗震等级的要求，以加强其抗震性能。但具体表述上略有不同，《抗规》表6.1.2中的表述为“框支层框架”，而《高规》表4.8.2中的表述为“框支框架”。按一般的理解，框支框架除包括框支层框架外，还应包括框支层以下至嵌固端之间的框架部分。如文献［4］在第2.25点中表述：“框支框架是指转换构件(如框支梁) 以及其下面的框架柱和框架梁”。
在本工程设计时，采用了《补充规定》中第3.6.1条的规定：“框支层及其以下一层按框支框架采用相应的抗震等级，其余按框架－剪力墙或框架－筒体结构的抗震等级采用”。因此，本工程框支框架中四至五层的转换柱及转换梁按框支层框架确定抗震等级，即特一级；而一至三层梁、柱则按框架－剪力墙确定其抗震等级，8度设防时，应为一级。
对于裙房中主楼范围以内的其它框架梁，则按8度设设防区框-剪结构考虑，采用一级抗震。与框支层框架直接相连的框架构件适当加强抗震构造措施。
（４）高位转换的影响
《高规》第10.2.5条规定：“对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2和表4.8.3的规定提高一级采用，已经为特一级时可不再提高”。
根据以上规定，由于按前述几点的规定，本工程的框支层框架及加强区的剪力墙已为特一级，因此不须再提高。
（5）主楼以外的裙楼结构抗震等级
本工程的裙楼与主楼连成整体，不设缝。按《高规》第4.8.6条规定：“抗震设计时，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级”。
另外，《补充规定》中第3.6.4条规定：当主楼为部分框支剪力墙结构而裙楼为框架-剪力墙或框架结构时，裙楼可按框架-剪力墙结构考虑抗震等级。文献［4］第2.26条中的表述也与此相似。
根据以上规定，本工程主楼范围以外的裙楼框架部分可按框架-剪力墙确定抗震等级，由于裙楼属重点设防类别，按八度采取抗震措施，根据《高规》表4.8.2中规定，框架及剪力墙的抗震等级均为一级。与框支框架直接相连的框架构件适当加强抗震构造措施。
（6）汇总
在考虑了上述影响因素后，本工程各楼层结构构件的抗震等级设置如图一所示。
图一 抗震等级设定示意图
3、 总结
通过上文的分析可见，由于高位转换的高层商住楼结构有一定的特殊性，在确定其结构构件的抗震等级时，相比一般的住宅或商住楼而言更为复杂，影响的因素更多。当然，每个工程都有自身特殊的设计条件，相关规范条文及其解释也在不断更新，本文的目的仅是为类似的工程设计提供参考、理清思路，避免遗漏。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看