0 引言

　　 在高层特别是超高层建筑中，从上到下建筑功能往往是变化的，一般是下部几层作为商业层，上部楼层作为住宅层或办公层。上下部建筑功能的差异导致对设备功能的需求截然不同，同时也要求上部设备管线不能影响下部商业层的运行。在下部商业层与上部楼层之间设置设备层，将上部楼层的设备集中转换到设备井则是一个很好的做法，但设备层层高往往只有2m左右，与标准层3.0～4.5m的层高差距较大，可能会引起结构竖向刚度的突变。历次震害表明：结构容易在刚度突变层形成过大的变形集中，出现严重的震害甚至倒塌，对抗震不利。鉴于此，《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010) ^[1](简称高规)中规定，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化；同时，楼层与其相邻上层的侧向刚度比应满足要求，否则为薄弱层，应采取相应的加强措施。

　　 对于带设备层的高层或超高层建筑，由于层高突变幅度较大，其楼层刚度突变幅度往往超过规范限值较多，以往的研究主要集中于如何调整结构布置改善刚度突变使之满足规范要求 ^[2,3,4,5,6]。少有文献以带设备层的实际工程为背景，研究设备层对结构整体参数及抗震性能的影响。本文以长沙某超高层公寓式办公楼为例，研究了设备层位置对结构整体参数的影响，针对受剪承载力不满足规范要求的问题提出了几种方案进行优化对比，同时重点研究了设备层位于3层时结构的抗震性能。

1 工程概况

　　 该项目位于长沙市岳麓区，用地范围内1#建筑为195.5m的超高层公寓式办公楼，属于B级高度超限高层建筑。1#公寓式办公楼地上共44层，其中，2层为商业层，3层为设备层，其余41层为公寓式办公层。设备层层高为2.0m, 标准层层高为4.5m。建筑效果图见图1,标准层结构平面布置图见图2。

　　 图1 建筑效果图  

　　  

　　 图2 标准层结构平面布置图  

　　  

　　 工程采用框架-核心筒结构体系，根据《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010)(2016年版) ^[7](简称抗规),抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s。50年重现期基本风压为0.35kN/m²,地面粗糙度类别为B类，体型系数取1.47(考虑相互干扰系数1.05)。结构安全等级为二级，抗震设防类别为标准设防类。

2 设备层位置对结构整体参数影响研究

2.1 模型概况

　　 为考察设备层位于不同楼层时，对结构整体参数的影响，共设计五个分析模型，模型编号见表1。均采用框架-核心筒结构体系，为控制框架柱截面尺寸，底部加强区采用型钢混凝土柱，核心筒外墙厚度由600mm渐变为300mm, 周边框架梁截面尺寸为300mm×700mm, 内框架梁截面尺寸为300mm×800mm, 墙柱混凝土强度等级由C60渐变为C40,梁板混凝土强度等级C35,钢材牌号Q345B,钢筋等级HRB400。

　　 各模型编号 表1 

模型编号	M0	M2	M3	M4	M5
设备层位置	无设备层	2层	3层	4层	5层

 

　　  

　　 工程采用PKPM-SATWE(2010 V4.2版)作为主要分析程序，并采用YJK(1.9.3.1版)进行辅助对比分析。分析时采用考虑扭转耦联影响的振型分解反应谱法(CQC法)计算地震作用，周期折减系数取0.8,均考虑P-Δ效应，在计算整体指标时楼板均采用刚性楼板的假定，结构阻尼比取值为0.05,其余参数按规范要求设置。

2.2 周期对比

　　 各模型周期对比结果见表2,表中T₁为第一平动周期，T_t为第一扭转周期。从表中数据可以看出，与无设备层的结构相比，有设备层的结构周期略有降低；在较低楼层范围内，设备层的位置对结构周期的影响可忽略不计。考虑到各模型仅设备层位置及层高不同，质量基本一致，可知有无设备层及设备层位置对结构整体刚度影响不大。

　　 各模型周期对比 表2

模型编号	M0	M2	M3	M4	M5
T1/s	5.911 9	5.801 9	5.801 8	5.801 3	5.800 6
T2/s	4.394 9	4.326 7	4.326 0	4.325 2	4.324 7
Tt/s	3.838 2	3.788 0	3.787 5	3.786 9	3.786 4
Tt/T1	0.65	0.65	0.65	0.65	0.65

 

　　  

2.3 楼层刚度

　　 目前，楼层侧向刚度计算方法主要有四种：等效剪切刚度算法、抗规算法、高规算法、力学算法。

2.3.1 等效剪切刚度算法

　　 高规附录E.0.1给出的楼层等效剪切刚度K_si算法公式：

　　 Ksi=GiAi/hi         (1)Κsi=GiAi/hi         (1)

　　 式中：G_i为第i层混凝土剪变模量；A_i为第i层折算抗剪截面面积；h_i为第i层层高。

2.3.2 抗规算法

　　 抗规3.4.3条及条文说明中给出的楼层刚度K_i的计算公式：

　　 Ki=Vi/Δi         (2)Κi=Vi/Δi         (2)

　　 式中：V_i为第i层剪力；Δ_i为第i层层间位移。

　　 对比高规中3.5.2条第1款可知，对于框架结构，两本规范计算侧向刚度的方法相同。

2.3.3 高规算法

　　 高规第3.5.2条第2款给出的楼层侧向刚度K_i计算公式：

　　 Ki=ViΔi/hi         (3)Κi=ViΔi/hi         (3)

2.3.4 力学算法

　　 根据结构力学中刚度的定义，楼层刚度K应为底部固定时楼层顶端集中力与楼层顶点位移的比值，计算简图见图3。

　　 K=PΔ         (4)Κ=ΡΔ         (4)

　　 式中：P为楼层顶端集中力；Δ为楼层顶点位移。

　　 图3 力学方法 计算刚度简图  

　　  

　　 对比四种计算方法可知，等效剪切刚度算法只考虑了竖向构件的贡献，忽略了弯曲变形和轴向变形的影响；抗规算法是取楼层剪力与楼层层间位移的比值，但层间位移包含了有害位移(受力变形引起)和无害位移(下层转动引起),无害位移的比重从下到上逐渐积累增大，因此抗规算法得到的侧向刚度比从下到上逐渐变小，高规规定此种算法仅用于以剪切变形为主的框架结构；高规算法是取楼层剪力与楼层层间位移角的比值，高规条文说明中提到，层高变化时刚度变化不明显的结构计算侧向刚度比时可考虑层高修正；文献[8]编制说明中亦提到“当相邻层层高变化较大时，以层间位移角比来衡量结构侧向刚度的变化更为合理”;力学算法是侧向刚度的最基本算法，同时考虑了弯曲变形、剪切变形和轴向变形的影响，底部固定过滤了下层转动引起的无害位移。综上所述，等效剪切刚度算法计算出的刚度最大，力学算法次之，抗规算法与高规算法最小。

　　 采用四种刚度计算方法得到的MO模型各楼层刚度比与各模型刚度比分别见表3,4。从表3可以看出，无设备层时层高无突变，四种方法计算出的楼层刚度比均无突变；抗规算法与高规算法得到的刚度比相同；等效剪切刚度算法与力学算法得到的刚度比相同；抗规算法和高规算法得到刚度比随楼层增高逐渐变小，符合上述规律。

　　 M0模型各楼层刚度比 表3

楼层	等效剪切刚度 比算法		抗规算法		高规算法		力学算法
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
6	1.00	1.00	1.07	1.14	1.07	1.14	1.00	1.00
5	1.00	1.00	1.08	1.17	1.08	1.17	1.00	1.00
4	1.00	1.00	1.10	1.22	1.10	1.22	1.00	1.00
3	1.00	1.00	1.15	1.30	1.15	1.30	1.00	1.00
2	1.00	1.00	1.27	1.48	1.27	1.48	1.00	1.00
1	1.00	1.00	1.94	2.20	1.94	2.20	1.00	1.00

 

　　  

　　 各模型刚度比 表4

模型	等效剪切刚度 比算法		抗规算法		高规算法		力学算法
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
M2	0.24	0.26	0.77	0.82	1.74	1.86	0.24	0.33
M3	0.24	0.26	0.53	0.59	1.19	1.34	0.24	0.33
M4	0.24	0.26	0.49	0.54	1.09	1.21	0.24	0.33
M5	0.24	0.26	0.47	0.51	1.06	1.15	0.24	0.33

 

　　  

　　 从表4中可以看出，带设备层的结构四种方法计算出的刚度比差别较大。等效剪切刚度算法和力学算法得到的刚度比最小；抗规算法得到的刚度比次之且除M2模型外均不能满足规范对于刚度比不宜小于0.7的要求；高规算法得到的刚度比最大且M2模型、M3模型能满足规范对于刚度比分别不宜小于1.5,1.1的要求；对于M4,M5模型，按高规算法得到刚度比Y向满足要求，X向略微小于1.1,经微调模型刚度比可以满足要求。因此可以认为工程按高规算法计算刚度比可以满足规范要求。

2.4 框架分担剪力百分比

　　 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号) ^[9]第十一条规定，超高的框架-核心筒结构，其混凝土内筒和外框之间的刚度宜有一个合适的比例，框架部分计算分配的楼层地震剪力，除底部个别楼层、加强层及其相邻上下层外，多数不低于基底剪力的8%且最大值不宜低于10%,最小值不宜低于5%。表5、表6分别给出了多遇地震作用下底部6层框架部分计算分配的楼层地震剪力百分比及基底剪力值。从表中可以看出，有无设备层及设备层位置对基底剪力影响不大，可以忽略；框架分担的剪力百分比均能满足审查要点的要求，表明外框架与钢筋混凝土核心筒之间的刚度比例合适；通过对比M2～5模型与M0模型设备层的分担剪力百分比可知，设备层的存在导致设备层框架分担剪力百分比大幅度增加，但占比仍处于较低水平，表明框架柱剪应力很小。

2.5 框架分担倾覆力矩百分比

　　 规范未明确框架-核心筒结构框架与剪力墙分

　　 多遇地震作用下框架分担剪力百分比/% 表5

楼层 位置	M0		M2		M3		M4		M5
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
6	10.86	16.19	10.56	15.08	10.60	15.07	10.13	14.97	12.10	14.83
5	10.70	10.39	10.43	9.47	9.99	9.40	11.93	9.24	17.50	17.84
4	10.14	9.33	9.48	8.21	11.24	8.14	16.35	15.89	9.93	9.35
3	9.65	7.63	10.69	6.35	15.31	11.61	9.42	7.78	9.72	7.49
2	9.51	4.36	14.40	6.20	9.26	4.50	9.60	4.29	9.44	4.26
1	16.91	10.67	16.91	11.39	17.06	10.68	16.87	10.60	16.90	10.63

 

　　 注：加粗数据为设备层数据。

　　  

　　 多遇地震作用下各模型基底剪力/kN 表6

模型	方向	基底剪力/kN
M0	X向	7 648.1
	Y向	6 706.5
M2	X向	7 698.3
	Y向	6 691.6
M3	X向	7 681.2
	Y向	6 680.1
M4	X向	7 684.0
	Y向	6 677.3
M5	X向	7 684.9
	Y向	6 677.3

 

　　  

　　 担倾覆力矩比的要求，本文参照高规第8.1.3条控制框架倾覆力矩比。表7、表8分别给出了多遇地震作用下底部6层框架部分承受的地震倾覆力矩百分比和基底总地震倾覆力矩。从表中可以看出，有无设备层、设备层位置对基底总地震倾覆力矩及框架部分分担的倾覆力矩百分比影响不大，可以忽略。

　　 多遇地震作用下框架分担倾覆力矩百分比/% 表7

楼层 位置	M0		M2		M3		M4		M5
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
6	21.3	35.8	21.1	35.4	21.1	35.4	21.1	35.4	21.1	35.3
5	20.9	34.9	20.7	34.4	20.7	34.4	20.7	34.4	21.1	35.1
4	20.5	33.9	20.3	33.5	20.3	33.5	20.7	34.1	20.7	34.1
3	20.1	33.0	19.9	32.5	20.3	33.1	20.3	33.2	20.3	33.2
2	19.7	32.0	19.8	32.1	19.9	32.2	19.9	32.2	19.9	32.2
1	19.6	31.3	19.7	31.4	19.8	31.5	19.8	31.5	19.8	31.5

 

　　  

　　 多遇地震作用下基底总地震倾覆力矩/(kN·m) 表8

模型	方向	基底总地震倾覆力矩
M0	X向	1 030 256
	Y向	923 561
M2	X向	1 026 522
	Y向	913 042
M3	X向	1 025 333
	Y向	911 938
M4	X向	1 023 272
	Y向	909 639
M5	X向	1 022 141
	Y向	908 659

 

　　  

2.6 楼层受剪承载力比

　　 高规第3.5.3条规定，B级高度的楼层受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。表9给出了楼层受剪承载力比的计算结果。从表中可以看出，无设备层时X向、Y向受剪承载力比最小值分别为1.00,0.94,满足规范要求；有设备层时，设备层下层与设备层的受剪承载力比均不能满足规范要求。其中本工程M3模型X向、Y向的受剪承载力比均为0.65。

　　 楼层受剪承载力比 表9

模型	方向	楼层受剪承载力比
M0	X向	1.00
	Y向	0.94
M2	X向	0.66
	Y向	0.67
M3	X向	0.65
	Y向	0.65
M4	X向	0.65
	Y向	0.69
M5	X向	0.65
	Y向	0.69

 

　　  

　　 图4 地震波加速度时程曲线 

　　  

3 模型M3罕遇地震作用下抗震性能分析

3.1 地震波选取及工况定义

　　 采用SAUSAGE软件对结构进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，考察结构在罕遇地震作用下的工作性能。按照高规对于地震波特征周期、有效持时、峰值加速度的要求，选择2条天然波(USA00117波，USA01923波)和1条人工波(ACC1波),各波加速度时程曲线见图4。

　　 动力弹塑性时程分析时，地震波采用双向输入，加速度峰值比例取：主向/次向=1/0.85。主方向地震波沿X,Y向分别输入，共计6个工况。初始荷载为：1.0恒荷载+0.5活荷载。

3.2 结构整体响应

　　 结构顶层位移响应如图5、图6所示，最大层间位移角如图7所示。结构整体响应指标如表10、表11所示。根据罕遇地震作用下的结构响应可得出如下结论：

　　 图5 X向顶层位移时程曲线  

　　  

　　 图6 Y向顶层位移时程曲线 

　　  

　　 图7 最大层间位移角曲线 

　　  

　　 罕遇地震作用下结构整体抗震性能指标 表10

地震波		USA00117波	USA01923波	ACC1波
最大位移/mm	X向	314	326	332
	Y向	486	670	508
最大层间 位移角(楼层)	X向	1/419(15层)	1/432(16层)	1/408(17层)
	Y向	1/292(38层)	1/213(38层)	1/239(38层)
最大基底 剪力/kN	X向	45 117	46 998	43 259
	Y向	34 070	44 787	38 180
最大倾覆力矩 /(kN·m)	X向	4 088 950	4 270 620	3 951 200
	Y向	2 981 440	3 960 690	3 258 950

 

　　  

　　 罕遇地震作用结果对比 表11

地震波	罕遇地震作用下基底 剪力与多遇地震 作用下基底剪力比值		罕遇地震作用下 结构抗倾覆力矩 与倾覆力矩比值
	X向	Y向	X向	Y向
USA00117波	3.90	4.09	6.78	5.22
USA01923波	4.85	4.69	6.49	3.93
ACC1波	4.23	4.27	7.02	4.78

 

　　  

　　 (1)结构X向最大顶层位移332mm、Y向最大顶层位移为670mm; 结构最大层间位移角X向为1/408、Y向为1/213,均小于高规弹塑性层间位移角限值1/120,表明罕遇地震作用下结构弹塑性变形满足要求，满足“大震不倒”的设防目标。

　　 (2)罕遇地震作用下，结构X向、Y向基底剪力分别为多遇地震作用下结构基底剪力的3.90～4.85倍，表明结构体系耗能能力良好，结构体系合理。

　　 (3)结构抗倾覆力矩比均大于3.0,表明在罕遇地震作用下结构基底未出现零应力区，抗倾覆稳定性满足要求。

　　 (4)对各构件罕遇地震作用后的状态进行检查，结果表明，框架梁、连梁大部分进入了屈服状态，形成了良好的耗能机制；底部加强区剪力墙未进入屈服状态，实现了预定的抗震性能目标。

3.3 框架柱受剪承载力验算

　　 高规第6.2.8条给出地震工况的框架柱斜截面受剪承载力公式：

　　 V≤1γRE(1.05λ+1 ftbh+fyvAsvsh0+0.056N)         (5)V≤1γRE(1.05λ+1 ftbh+fyvAsvsh0+0.056Ν)         (5)

　　 《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016) ^[10](简称组合规范)第6.1.16条给出地震工况的型钢混凝土框架柱斜截面受剪承载力公式：

　　 V≤1γRE(1.05λ+1 ftbh+fyvAsvsh0+0.58λfatwhw+0.056N)V≤1γRE(1.05λ+1 ftbh+fyvAsvsh0+0.58λfatwhw+0.056Ν) (6)

　　 高规第3.5.3条及条文说明，柱的受剪承载力可根据柱两端实配的受弯承载力同时屈服的假定失效模式反算：

　　 V=(Mtcua+Mbcua)/Hn         (7)V=(Μcuat+Μcuab)/Ηn         (7)

　　 式中：γ_RE为构件承载力抗震调整系数；λ为框架柱的剪跨比； f_t为混凝土轴心抗拉强度；b,h分别为框架柱截面的宽、高； f_yv为箍筋的抗拉强度设计值；A_sv为梁、柱同一截面各肢箍筋的全部截面面积；s为箍筋间距；h₀为截面有效高度；N为与V对应的轴向受拉承载力； f_a为型钢的抗拉强度设计值；t_w,h_w分别为型钢腹板厚度，高度；Mtcuacuat,Mbcuacuab分别为柱上、下端顺时针或逆时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值；H_n为柱的净高。

　　 根据各框架柱截面及配筋信息计算得到其实际受剪承载力，列于表12、表13中，并与罕遇地震作用下框架柱剪力对比。表12、表13中同时列出了极罕遇地震作用下设备层及其下层框架柱剪力计算结果，极罕遇地震作用地震波峰值加速度取160gal ^[11],框架柱编号见图2。从表中可以看出，框架柱的受剪承载力由受弯承载力控制，即框架柱弯曲破坏前不会发生剪切破坏；在罕遇地震、极罕遇地震作用下，各框架柱的受剪承载力远大于其分担的地震剪力，表明设备层及设备层下层框架柱具有足够的抗剪能力。

　　 设备层框架柱受剪承载力验算/kN 表12

编号	式(5)结果		式(6)结果		式(7)结果		罕遇地震值		极罕遇地震值
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
KZ1	—	—	10 451	10 957	4 836	5 353	414	296	512	366
KZ2	5 646	5 990	—	—	2 720	3 008	137	122	167	144
KZ3	—	—	9 942	7 574	4 927	3 483	403	324	461	408
KZ4	7 218	6 853	—	—	4 798	2 823	164	131	200	160
KZ5	—	—	11 246	7 961	5 424	3 512	208	340	246	405

 

　　  

　　 设备层下层框架柱受剪承载力验算/kN 表13

编号	式(5)结果		式(6)结果		式(7)结果		罕遇地震值		极罕遇地震值
	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
KZ1	—	—	9 747	8 446	512	512	304	284	357	311
KZ2	4 981	5 323	—	—	167	167	135	145	171	163
KZ3	—	—	7 686	5 967	461	461	390	362	488	462
KZ4	6 717	6 364	—	—	200	200	218	112	273	130
KZ5	—	—	6 468	8 924	1 759	1 139	253	316	278	366

 

　　  

3.4 结构损伤

　　 罕遇地震作用下，设备层及其上下层结构性能水平见图8、图9。从图中可以看出，设备层及其上下层框架柱未出现损坏，剪力墙未出现轻度以上的损坏，表明带设备层的结构损伤可以满足罕遇地震下性能目标的要求。

　　 图8 罕遇地震作用下设备层及其上下层X向性能水平  

　　  

　　 图9 罕遇地震作用下设备层及其上下层Y向性能水平  

　　  

　　 图10 极罕遇地震作用下设备层及其上下层X向性能水平 

　　  

　　 图11 极罕遇地震作用下设备层及其上下层Y向性能水平 

　　  

　　 在极罕遇地震作用下，设备层及其上下层结构性能水平见图10、图11。从图中可以看出，设备层及其上下层框架柱损伤程度均在轻度及以下，绝大部分剪力墙损伤程度在轻度及以下，仅有个别墙肢出现了重度损坏。根据结构整体损伤情况及层间位移角未出现突变的情况，表明结构在极罕遇地震作用下未出现薄弱层。

4 改善楼层受剪承载力比方案比选

　　 由2.6节可知，带设备层的结构楼层受剪承载力比均不能满足高规要求。以模型M3为例，探讨改善带设备层结构楼层受剪承载力比方案的可行性。考虑到核心筒的抗剪能力远大于外框架柱，主要针对剪力墙提出改善方案。

　　 高规第7.2.10条给出地震工况的剪力墙斜截面受剪承载力公式：

　　 V≤1γRE[1λ−0.5(0.4 ftbwhw0+0.1NAwA)+0.8 fyhAshshw0]V≤1γRE[1λ-0.5(0.4 ftbwhw0+0.1ΝAwA)+0.8 fyhAshshw0] (8)

　　 组合规范第10.1.6条给出地震工况的型钢混凝土剪力墙斜截面受剪承载力公式：

　　 V≤1γRE[1λ−0.5(0.4 ftbwhw0+0.1NAwA)+0.8 fyhAshshw0+0.32λfaAa1]         (9)V≤1γRE[1λ-0.5(0.4 ftbwhw0+0.1ΝAwA)+0.8 fyhAshshw0+0.32λfaAa1]         (9)

　　 组合规范第10.1.6条给出地震工况的钢板混凝土剪力墙斜截面受剪承载力公式：

　　 V≤1γRE[1λ−0.5(0.4 ftbwhw0+0.1NAwA)+0.8 fyhAshshw0+0.25λ faAa1+0.5λ−0.5 fpAp]         (10)V≤1γRE[1λ-0.5(0.4 ftbwhw0+0.1ΝAwA)+0.8 fyhAshshw0+0.25λ faAa1+0.5λ-0.5 fpAp]         (10)

　　 式中：b_w为剪力墙截面宽度；h_w0为剪力墙截面有效高度；A_w为剪力墙腹板的截面面积； f_yh为剪力墙水平分布钢筋抗拉强度设计值；A_sh为剪力墙水平分布钢筋的全部截面面积；A_a1剪力墙一端所配型钢的截面面积； f_p为剪力墙截面内配置钢板的抗拉和抗压强度设计值；A_p为剪力墙截面内配置的钢板截面面积。

　　 根据以上公式可知，提高剪力墙受剪承载力的措施有：提高混凝土强度等级、增长剪力墙长度、增加剪力墙厚度、提高剪力墙水平筋配筋率、剪力墙中增设型钢、采用内置钢板混凝土剪力墙等。考虑到工程底部加强区混凝土强度等级已为C60并且建筑功能限制核心筒尺寸，故提高混凝土强度等级、增长剪力墙长度的方案被排除。仅采用以下四种方案进行比选：方案一，增加剪力墙厚度；方案二，提高剪力墙水平筋配筋率；方案三，剪力墙中增设型钢；方案四，采用内置钢板混凝土剪力墙。

　　 考虑到建筑功能的限制和核心筒受力特点，四种方案均针对核心筒外墙提高受剪承载力，核心筒内墙保持不变。各方案对比结果详见表14,其中用钢增量均为设备层下层用钢增量。

　　 各方案对比 表14

方案类型	方案一		方案二		方案三		方案四
方向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向	X向	Y向
墙厚/mm	1 000	1 200	600	600	600	600	600	600
配筋率/%	0.30	0.30	0.95	0.80	0.30	0.30	0.30	0.30
型钢截面/mm	—	—	—	—	H600×300× 60×60	H600×300× 60×60	—	—
钢板厚度/mm	—	—	—	—	—	—	10	14
受剪承载力比	0.75	0.76	0.75	0.75	0.75	0.75	0.78	0.75
用钢增量/t	5.2		6.2		71.0		20.9

 

　　  

　　 为了对比各方案的经济性，四种方案均根据构造要求及受剪承载力比不小于0.75的要求进行优化设计。从表12中可以看出，四种方案均能使结构的受剪承载力比满足高规要求，但用钢量差异较大。其中，采用方案一增加剪力墙厚度的方式，1层、2层剪力墙均应加厚，则得到的用钢增量为10.4t; 方案二仅增大剪力墙水平筋配筋率，增加用钢量6.2t; 方案三采用增设型钢的方式，1层、2层均应设置，则得到的用钢增量为142.0t; 方案四采用内置钢板的方式，1层、2层均应设置，增加用钢量41.8t。再考虑到增设型钢或内置钢板时需要设置抗剪栓钉，方案三、方案四的用钢量会进一步增加，且施工难度较大，因此不宜采用方案三、方案四改善楼层受剪承载力比。方案一增大剪力墙厚度占用了建筑空间，且墙厚的增加使得2层X向、Y向框架分担的剪力比分别减少至1.3%,1.6%,不符合二道抗震设防的概念，且用钢量亦大于方案二。综合上述分析，方案二用钢量最小，且施工方便、不占用建筑空间，因此采用方案二来改善楼层受剪承载力比，使之满足高规要求。

5 结论

　　 (1)在较低楼层范围内，设备层的存在仅引起本层框架分担剪力比的大幅度增大，但框架柱剪应力仍处于较低水平；设备层的位置对结构周期、基底剪力及框架分担倾覆力矩比的影响可忽略不计。

　　 (2)设备层层高突变未引起楼层塑性变形集中及结构损伤集中，罕遇地震验算结果表明结构体系合理，表明按高规算法考虑层高修正计算楼层刚度比可行。

　　 (3)设备层层高突变引起楼层受剪承载力比不能满足规范要求。

　　 (4)本文提出的四种改善受剪承载力的方案中，提高墙身水平筋配筋率的方案二用钢量最小，且施工方便、不占用建筑空间，工程即是采用方案二改善了结构的受剪承载力比使之满足规范要求。