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某不规则预应力混凝土结构设计问题处理和分析 　　摘要：某煤化工工程综合楼采用回字型不规则建筑方案，并设置局部大跨空间区域。本文对该结构设计过程中遇到的整体结构问题（竖向不规则、平面不规则、预应力结构整体分析实用处理方法）、局部结构问题（大跨区域的实现方法、预应力对相关构件的影响、预应力钢筋布筋方式）等重点、难点问题的处理方法做了介绍，同时通过模拟计算过程，分析了裂缝控制要求对预应力混凝土结构构件设计的影响，从而论证了新结构设计规范放宽混凝土结构裂缝控制要求的合理性及其对预应力结构推广的积极意义。 　　 　　关键词：扭转 位移 预应力 次内力 裂缝 　　中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号： 　　 　　引言 　　本建筑“综合楼”位于内蒙古自治区鄂尔多斯市某拟建煤化工工厂厂区西部，是一座建筑面积约13400平米的钢筋混凝土综合性建筑。该建筑本着精简、节约、集中的原则，将中央控制、分析化验、安全环保及办公部分等功能合并、组合于一个建筑内，形成中央控制、分析化验及安全环保、公共活动、内庭院、办公等五大功能分区。平面设计上，建筑整体采用回字型布局（见图0-1建筑平面图），中部内庭院设置园林景观，顶部开放，与天际通透，美化办公环境，达到人与自然的和谐统一。建筑一层为生产控制功能和分析化验功能区，二层为分析化验，三、四层为办公区域。剖面设计上，建筑室内外高差做到1.2米，除主控室层高10.2米外，各层层高皆为5.1米，建筑总高度为23.1米（见图0-2建筑剖面图）。一层中控室大空间使用功能要求内部不设立柱，故其上第三、四楼层及屋面层无框架柱支承，形成贯穿一、二两层、长36米宽18.6米（即最大梁跨）的大空间区域（见图0-2建筑平面图阴影区域）。为安全可靠、经济美观地实现建筑设计理念，结构设计过程中对出现的诸多问题进行了认真的分析和有益的探索，并采取了实用的处理方法。 　　 　　 　　图0-1建筑平面图（一层） 　　 　　 　　图0-2建筑剖面图 　　1. 整体结构问题处理和分析 　　1.1 通过布置抗震墙调整结构扭转位移性能 　　本结构抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，抗震设防分类为乙类。设计过程中曾尝试不布置抗震墙，仅通过增大结构周圈框架梁的截面来增大框架结构的刚度，以期满足层间位移角限值要求、改善结构整体扭转效应，但效果不理想，遂最终采用在结构四角布置少量抗震墙的处理方法（见图1-1结构抗震墙布置），效果良好。图1-2和图1-3分别为布置抗震墙前后结构平动和扭转系数及振动周期。 　　 　　 　　图1-1结构抗震墙布置 　　 　　 　　图1-2 未布置抗震墙结构平动和扭转系数及振动周期（SATWE） 　　 　　 　　图1-3 布置抗震墙后结构平动和扭转系数及振动周期（SATWE） 　　 　　分析以上计算数据：未布置抗震墙结构第一振型扭转系数为0.60，即结构第一振型以扭转为主，同时第一扭转自振周期与第一平动自振周期之比Tt/T1=0.9984/0.9808=1.02＞0.9，不符合现行《建筑抗震设计规范》（GB 20011-2010）[1]的要求（虽然周期比为高层建筑设计控制参数，但对本结构设计仍不失指导意义），结构扭转效应明显；布置抗震墙结构第一振型扭转系数仅为0.03，即结构以良好的平动为主，同时第一扭转自振周期与第一平动自振周期之比Tt/T1=0.3735/0.7251=0.52＜0.9，符合规范要求。以上分析结果显示，结构在合理位置布置少量抗震墙即可大大改善结构整体扭转效应，增强了结构的抗震性能，同时对建筑造价影响甚小。 　　另外，对于框架与抗震墙组成的结构的抗震等级的确定，现行《建筑抗震设计规范》给予了较为明确的规定：第一，个别或少量框架，抗震墙的抗震等级按抗震墙结构确定，框架的抗震等级参照框架-抗震墙结构的框架部分确定；第二，框架与抗震墙的数量较为均衡时，框架和抗震墙的抗震等级分别按照框架-抗震墙结构的框架部分和抗震墙部分确定；第三，墙体很少，框架的抗震等级按框架结构确定，抗震墙的抗震等级与框架的抗震等级相同。本结构，底层框架部分所承担的的地震倾覆力矩占结构总倾覆力矩的90％，远远超过50％，按上述第三种情况的规定确定框架部分和抗震墙部分的抗震等级。 　　1.2 结构平面不规则问题处理 　　本建筑伸缩缝南北两侧模型均为平面不规则（扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续）。根据现行《建筑设计抗震规范》规定，扭转不规则，应计及扭转影响，目前中国建筑科学研究院PKPM之SATWE分析程序自动考虑扭转耦联，计及扭转影响后本结构满足扭转位移比1.5限值要求；对于凹凸不规则和楼板不连续问题，本结构部分区域楼板采用弹性膜计算模型分析（对于位移比、