影响多层框架结构侧移的几个因素
刘继军
(北京中天元有限责任公司)
[提要]多层框架结构的水平作用,地震作用起决定因素，而风荷载不起控制作用。

建于八度区III类场地土上的多层框架结构，水平弹性位移又是结构形式及构件截面尺寸的决定因素。

[关键词] 水平地震作用III类场地土层间弹性位移角
一、前言
北京经济技术开发区地处漯水故道附近，地质情况较为复杂，抗震设防烈度为八度，建筑场地类别为III类，建筑场地类别为中软场地土，最近我们在开发区做了些小型办公楼、学校、超市等，结构形式为框架结构，层数为3～5层，高度20米左右，结合新老建筑抗震设计规范对抗震变形要求的差别，总结了一些自已的粗浅看法。

二、先谈一下新老规范对抗震变形的要求。

到今年年底废止的老规范（GBJ11－89），对框架结构在抗震计算时的层间弹性位移角限值[θe]为1／450，只在考虑砖填充墙的抗侧力作用下才为1／550。

而新规范（GB50011－2001）对层间弹性位移角限值[θ
e]的控制要求严格了，统一为1／550，这给三~五层的框架结构设计带来了一定的困难。

三、对影响弹性层间位移角限值的因素很多，其中场地类别对其影响尤为厉害。

同样的结构形式，在III类场地上截面尺寸为600的框架柱，变形不能满足规范的要求，而在II类场地上只需500的柱截面就能很容易满足规范的要求。

可见，场地类别对变形的影响重大，此时柱截面并不是以轴压比控制，而是变形为主要的控制因素。

其它还有很多因素对结构弹性位移也有影响，下面就一一介绍。

（一）建筑物的体形
建筑物体形的规则与否，对结构弹性位移也有很大影响。

建筑物体形是否规则，直接影响到结构的抗震设计是否合理，建筑物的造价是否经济，好的建筑方案，应是既能满足建筑功能，结构受力简单明了，经济造价较低。

建筑物体形不规则包括平面不规则和竖向不规则。

平面不规则又包括扭转不规划、凹凸不规划和楼板局部不连接，竖向不规则包括侧向刚度不规划，竖向抗侧力构件不连续，和楼层承载力突变。

对平面长宽比较大，平面布置不规划，其远端角部的位移
较大，体形不规则的结构必须按新规范3.4.3条要求采用空间结构计算模型进行计算，同时，保证楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5倍，如不满足此要求，就需重新调整建筑平面或结构形式。

例如亦庄中学，建筑平面为一口形封闭建筑，中间为天井，层数为二~五层，三层形成开口结构，角部是两层高的报告厅，见附图（一）。

体形严重的不规则，现将南北楼之间的连廊及报告厅两端设置双柱，将整体划分为四块体形规整的结构单元（在满足建筑功能选型的条件下）。

经计算位移符合规范的要求。

亦庄中心小学扩建工程，平面图是一E字形，如果采用前面的处理办法，将大大地影响建筑的立面效果和功能。

设计时考虑采用框架-剪力墙结构，为控制平面侧移，在可能产生较大位移处及楼梯间设置剪力墙，纵横向均匀设置，见附图（二）。

（二）建筑物的层高
建筑物的层高，尤其是底层层高，对首层及二层结构弹性位移也有一定的影响。

首层层高比其它楼层相对较高，且底层柱高为基础顶面到一层楼盖顶面的高度（见新规范7.3.11-2），一层楼
盖和二层楼盖的侧移很难满足。

通过降低柱子高度来减少侧移，满足规范的控制要求。

但如何调整柱高呢？一般情况下，层高是必须满足建筑功能的需要，满足房间净高的使用要求。

这种情况下降低层高，只能通过降低梁高来实现，但这样又会降低梁的刚度，减弱框架梁对框架柱的约束，使水平位移变大；其次就是减少柱在室内地坪下的高度。

减少指施有两个：
（1）其一就是通过地基处理来减少埋深。

目前的建筑物室内外高差较大，±0.00定位与自然地面相比相对较高，造成基础埋深深，满足设计要求的土层较深，柱子高度较高。

因此通过地基处理，
将基础置于较浅的持力层来减少柱高，这对侧移起到明显的效果。

（2）其二将独立柱基设计为高杯口基础，这样杯口可以做得高，但杯口的刚度必须保证是柱截面相应方向刚度的3～5倍，这样才能保证杯口顶部是柱下端的有效约束固定端，与设计模型相符合。

（3）其三，在地面附近加基础拉梁，按增加一层计算。

但这层楼板须开洞并按弹性板设计，且拉梁下部柱主筋按全高加密，这
样对整体位移在某些情况下能起到一定限制作用。

但这样计算也有一些问题？哪一层是底层，不同抗震等级内力放大系数随楼层不同，这就导致真正的首层柱没有按规范加强。

为避免这个问题，
采用两次计算：按加一层计算来控制变形，按正常楼层计算柱力及配筋。

（4）对埋深较深的柱基，也有人认为埋深应算至室外地面下500，必竟密实的回填土及内外刚性地面及散水对柱有一定嵌固作用。

如是这样，柱高就没必要按上述方法处理来降低，只要都算至室外地面下500就够了（外墙室内有地沟处应算至地沟垫层位置）。

规范中对此没有明确的说明，可深入探讨。

（但我比较认同此观点，依据是新规范表6.1.1条对各种结构形式在不同设防烈度下有高度限值，并在附注1中说明高度指室外地面至主要屋面的高度，而高度和计算有关，可以推测，埋深的深与浅与计算的结果关系不大，更明确的说法是埋深很深是否要适当降低该结构类型的最大建筑物高度。

）
（三）梁板柱的刚度也对侧移有一定的控制作用。

提高构件的强度等级，增加构件断面尺寸，采用现浇板来间接提高梁的刚度，尽量减少楼板开洞并选择合适的位置布置
楼梯间。

对于低层建筑，截面及混凝土强度等级都不可能无休
止增大，所以增加次梁来降低板厚，减少自重，减少地震作用，相应减小水平位移（低层结构主要是地震作用起控制作用）。

（四）填充墙的数量
填充墙的数量越多，结构的周期越小，楼层的水平位移角就越小。

四．综上所述，在影响弹性层间位移角限值的很多因素中，最主要的人为因素是建筑体型，这就需要建筑师在设计建筑方案的时候，与结构专业密切配合，尽量在满足自己设计构想的同时，建筑也具有比较经济合理的结构形式，这才是一个优秀的设计。