二层带坡屋顶小框架结构设计失误教训以及优化经验总结

一、项目概况：

项目位于陕西省泾阳县，抗震设防烈度7度半。建筑物为一层坡屋顶仿古建筑，局部2层带坡屋顶，建筑功能为菜馆厨房，结构形式采用框架结构。由于项目设计时间紧张加上自身经验有所欠缺。交图之后，甲方反馈称做的比较浪费不够经济。和甲方电话沟通，得知他们主要觉得有三方面不经济：

1、 觉得基坑挖太深，地基基础偏保守

2、 闷顶层多余

3、 整体钢筋混凝土量偏大（梁柱截面等）

模型概览以及优化前后相关对比见附件图片（网易正文里为什么加不进图片啊）：

二、处理过程以及优化分析过程：

对于第一点觉得地基基础保守。

因为本项目没有地勘，所以基础地基做的保守。这里后期甲方补了一个地勘带来一个问题就是，场地类别“变成”了三类，而初次设计时是估计为二类场地设计的。这里导致了一个问题就是： 场地类别为三类，本身抗震设防烈度7度半（也即设计地震基本加速度为0.15g）时，抗震构造措施的抗震等级要提高到按8度设计。

此条源于高规3.9.2.

对于第一点，后来根据地勘提的承载力和地基处理方式 ，在基础面积以及地基处理上都省了一些。

对于第二点：甲方觉得闷顶层多余。

闷顶层的问题源于第一次设计时候的不到位： 在设计这个菜馆之前这片地区有另一个建筑，也是二层办公楼带坡屋顶，当时在考虑闷顶层的问题时，其实我和建筑专业也没有深究，只是先考虑做了闷顶层，在给总共审图时其实总工也提出来了，当时由于时间太紧，考虑先把图给甲方让甲方自己看。所以这次想着跟之前建筑做法一致，也做了闷顶层。（结果出来混，迟早要还的，当甲方提出闷顶层多余时，甚至连第一个建筑的闷顶也需要删掉重新修改。这都是后话了。）

言归正传，去掉闷顶层的结果分析如下：

去掉闷顶层，并且去掉了内部可以去掉的框梁（有设置梁上柱的地方的梁还保留了），的结果是：

梁柱配筋是减小的

地震下的位移（当时卡构件截面）也是减小的。

对于地震下位移减小其实我一开始是不太理解的，我觉得把闷顶层去掉，结构抗侧刚度减小了，那么按道理位移应该是会增大的啊，这里稍微研究了一下这个问题，笔者对比了一下有无闷顶两个模型下的各个参数：（左侧为有闷顶，右侧模型无闷顶）

周期：无闷顶的模型周期要小一点点

位移：无闷顶的模型位移要小挺多

调幅前各荷载工况下内力：无闷顶的模型普遍要小1/3

地震工况下的反应力：无闷顶小

风荷载下反应力：两者一样

风荷载下位移：无闷顶的要大一点。

通过以上的参数对比，笔者做了这样的分析：

1去掉闷顶层，结构抗侧刚度确实减小了（从风荷载下位移可以看出来，因为风荷载下两者的反应力也就是外力一样，而此时无闷顶的模型位移要大，说明其抗侧刚度确实小，这也符合常识）。

2去掉闷顶层，自重减小，刚度减小，结构所吸收的地震力也因刚度减小而随之减小了很多（从地震工况的反应力以及构件的内力可以看出来）

3去掉闷顶层最终结构位移变大，说明，因为去掉闷顶层减小的地震力对位移的影响要大于 结构本身刚度减小的对抗侧位移的影响。

笔者因此也联想到了一个成语“以柔克刚”，尤其在地震烈度比较高的地区，减小刚度带来的地震力吸收的减小很多时候能对结构有很有益的影响。

另外，对于闷顶层本身设置问提，笔者询问了建筑师，设置闷顶层的好处是能更好的隔断房间，否则一些声音震动容易从顶部传到相邻房间。而本次对于结构来说，设闷顶层则不仅增加该层本身建材用量，也因为增加了地震力，导致位移偏大，增大了构件截面，也增加了钢材用量。

闷顶层去掉后带来的问题：

后期隔墙如何砌筑？

没有了闷顶层，后砌墙部分需要砌到坡屋面的斜板底，注意在相应位置加一些次梁，另外有的短墙位置可不用加梁，但也有墙直接砌到板底的做法。

另一方面，墙的高度有些比较大，需做相关构造措施，比如设置圈梁构造柱，在抗规的13.3 中有相关要求。

对于第三点 整体钢筋混凝土量偏大（梁柱截面等）

首先思路是：减小构件的截面尤其是柱子的截面。原因引用一下我一个同事的话：

柱子截面是一个太过显眼的数据，先不管模型参数什么的，甲方一听柱子截面多大多大是非常直观的感觉尤其是一两层的小楼，柱子截面在满足抗侧要求和规范其他要求情况下，不宜做太大，当然前提是安全。

而有了闷顶层去掉后对位移的有利影响，柱截面也有了缩小的空间。然而， 柱子配筋尤其首层配筋还是太大，这里发现了一个失误：首层是薄弱层，地震剪力放大了1.25倍，而最致命的是，模型在参数版本中还是1.0，后期画图前修改了几个小地方，没留意贴这边变成了薄弱层。

在解决这个问题的过程中，经过同事的提醒 ， 笔者考虑到了可以将拉梁层设置到-0.1附近，从而降低首层层高，增加首层刚度，解决首层薄弱层问题立竿见影。

并且设置了拉梁层后，首层柱的配筋减小的幅度非常大！！！其实原理应该是柱子的高度变小了，而柱的内力尤其是弯矩和高度平方正比，所以柱配筋减小得非常明显。

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