高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

趙毅

（山西省第二建筑設(shè)計院　山西　長治　046000）

高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

趙毅

（山西省第二建筑設(shè)計院山西長治046000）

框支剪力墻結(jié)構(gòu)在近年來的高層商住建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要是對山西省太原市某商務(wù)中心2號樓塔樓部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計展開分析，對剪力墻、框支柱及轉(zhuǎn)換層部分的內(nèi)容進(jìn)行了重點(diǎn)分析，以供同仁參考。

高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)；地基；基礎(chǔ)；轉(zhuǎn)換層

1　工程概況

本工程位于山西省太原市某商務(wù)區(qū)，總建筑面積為88619m2，地下4層，地面以上23層，底板面標(biāo)高為-23.50m，建筑高度為83.06m。其中地下三層為地下車庫和設(shè)備用房，地下室一層～首層為商業(yè)，二層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層層高為8.10m，3～21層層高為3.30m，22～23層層高為4.48m。本工程結(jié)構(gòu)體系為框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框支柱采用高強(qiáng)度混凝土柱，核心筒落到基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)換層為梁板結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g；設(shè)計地震作用分組為一組，場地土類別為Ⅱ類。結(jié)構(gòu)抗震等級為：①框架。普通框架為二級，框支部分為一級；②剪力墻。加強(qiáng)部位為一級，其它部位為二級。基本風(fēng)壓按地方相關(guān)規(guī)定，取值為0.60kN/m2，超過60m時基本風(fēng)壓乘以1.1的系數(shù)，地面粗糙度為C類。

2　結(jié)構(gòu)分析計算

采用中國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的SATWE軟件計算，并以盈建科計算軟件作為計算對比。經(jīng)過對比，二者計算結(jié)果相近，說明計算結(jié)果可靠。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JCJ3-2010），復(fù)雜高層應(yīng)進(jìn)行彈性時程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計算。本工程采用pkpm軟件的彈性時程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計算。通過計算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)布置可知，本工程屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)（局部豎向構(gòu)件通過轉(zhuǎn)換梁向下傳遞），以及扭轉(zhuǎn)不規(guī)則（Y方向最大位移與層平均位移的比值達(dá)1.60）。扭轉(zhuǎn)不規(guī)則超限，但由于位移比達(dá)1.60的樓層最大層間位移角為1/3012，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求1/800，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JCJ3-2010）3.4.5規(guī)定，屬于一般不規(guī)則。綜上所述，本工程結(jié)構(gòu)布置不超限。

3　地基與基礎(chǔ)

場地土類別為Ⅱ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。柱、剪力墻均采用天然地基上的擴(kuò)展基礎(chǔ)。持力層為微風(fēng)化巖層，fak≥6000kPa。塔樓部分總體抗浮明顯滿足要求。底板板厚為1000mm，經(jīng)過經(jīng)驗系數(shù)法驗算，抗浮配筋構(gòu)造即可。故不需要設(shè)置錨桿進(jìn)行局部抗浮。

4　關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1剪力墻設(shè)計

本工程利用落地核心筒作為主要抗側(cè)豎向構(gòu)件。布置如下：①轉(zhuǎn)換層以下核心筒厚度200mm，局部300mm；轉(zhuǎn)換層以上核心筒厚度200mm，局部250mm。②底部加強(qiáng)部位從基礎(chǔ)到3層（轉(zhuǎn)換層以上2層）。③混凝土等級，轉(zhuǎn)換層以下及轉(zhuǎn)換層以上1層為C60高強(qiáng)度混凝土，其余的按照每5層下降一個強(qiáng)度等級，直到下降到C30為止不再降低。

4.2框支柱設(shè)計

本工程共有18根框支柱，其中設(shè)計主要有兩個難點(diǎn)：①由于建筑功能需要，首層層高達(dá)8.10m，二層層高只有3.30m。層高突變，極容易導(dǎo)致該樓層側(cè)向剛度比和層間受剪承載力過小。②也是由于建筑功能需要，首層柱截面不宜過大，導(dǎo)致首層軸壓比過大，超出規(guī)范要求。針對上述兩個難點(diǎn)以及綜合考慮其它因素，本工程框支柱采取以下措施應(yīng)對：①準(zhǔn)確計算建筑各部荷載，例如墻體荷載、衛(wèi)生間回填荷載、裝修荷載。②采取C60高強(qiáng)度混凝土，在截面符合建筑要求前提下，盡量減小轉(zhuǎn)換柱軸壓比。③柱箍筋采取矩形復(fù)合箍，箍筋直徑φ12或以上的鋼筋，肢距不大于200mm，間距不大于100mm，并且全高加密。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010），柱軸壓比可比一般要求增加0.10。④適當(dāng)增加柱縱筋配筋面積，增加柱剛度，減少側(cè)向剛度比和增加本層受剪承載力。通過上述設(shè)置，軸壓比、層間側(cè)向剛度比和層間受剪承載力之比均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.3轉(zhuǎn)換層設(shè)計

本層轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)為梁板式結(jié)構(gòu)?；静贾萌缦拢孩侔凑战ㄖ?，轉(zhuǎn)換梁高度和周邊封口梁高度一致，均為1600mm高。轉(zhuǎn)換梁截面有800mm×1600mm和600mm×1600mm。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算復(fù)核，梁高度滿足需要。②轉(zhuǎn)換梁在托換豎向構(gòu)件位置設(shè)置平面外拉梁，構(gòu)造上平衡豎向結(jié)構(gòu)該方向的彎矩。③樓板板厚設(shè)置為180mm，并在SATWE計算時設(shè)置彈性板計算，考慮了樓板彈性假定。為保證樓板剛度，保證水平力可靠傳遞。樓板配筋為雙層雙向10@150。轉(zhuǎn)換層以上一層樓板也適當(dāng)加強(qiáng)，具體措施為：增加板厚到120，配筋也雙層雙向設(shè)置板筋。④轉(zhuǎn)換梁混凝土等級為C60，其余的樓蓋構(gòu)件為C35。

本層轉(zhuǎn)換層有直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種情況：

（1）直接轉(zhuǎn)換構(gòu)件均為剪力墻，且剪力墻位于結(jié)構(gòu)中部，受力較大，加上中部變形差，導(dǎo)致有兩根和核心筒相連的轉(zhuǎn)換梁剪力超限。為保證轉(zhuǎn)換梁安全，防止轉(zhuǎn)換梁受剪破壞，在剪力超限的轉(zhuǎn)換梁設(shè)置150×1000×25×30的H型鋼。保證鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁的最大剪壓比控制在0.15之內(nèi)（《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JCJ3-2010）規(guī)定的剪壓比限值為0.175），型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁的最大剪壓比控制在0.30之內(nèi)（《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138-2001）規(guī)定的剪壓比限值為0.424）。在配置縱筋方面，不考慮型鋼對抗彎的貢獻(xiàn)，僅考慮縱筋作用。型鋼作為抗彎安全儲備。

（2）間接轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換梁中部托柱。由于柱位于結(jié)構(gòu)兩側(cè)，荷載較小，抗剪容易滿足，但彎矩很大。為了保證結(jié)構(gòu)安全，本工程采取了SATWE和YJK兩種軟件分別計算，采取包絡(luò)設(shè)計，并在計算結(jié)果上擴(kuò)大1.4倍配筋面積。

4.4轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)設(shè)計

轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)設(shè)計，相當(dāng)于普通結(jié)構(gòu)布置，滿足建筑要求即可，不得影響建筑功能和外立面。本文篇幅有限，不一一敘述。僅交代以下幾點(diǎn)：①鑒于本工程位于風(fēng)荷載較大的地區(qū)，樓層中部由風(fēng)荷載引起的剪力將會相當(dāng)可觀。建筑功能不允許增加梁截面。為了抗剪，樓蓋在12層以下混凝土標(biāo)號為C35，以上為C30。②本工程中部走廊，除了結(jié)構(gòu)兩邊設(shè)置封口梁，走廊樓頂不設(shè)置結(jié)構(gòu)梁。為了保證樓蓋傳力，走廊樓頂?shù)臉前灏搴窦訌?qiáng)到150mm，并且雙層雙向配置8@150。③由于本工程位于番禺區(qū)商業(yè)中心，考慮建筑多功能，屋面活荷載取3.0。梁板配筋相應(yīng)增大。

5　結(jié)語

本文通過介紹本工程結(jié)構(gòu)布置，對高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剪力墻、鋼筋混凝土柱、轉(zhuǎn)換層、型鋼混凝土梁設(shè)計等做了分析討論。希望能給日后的設(shè)計同行給予一點(diǎn)的參考價值。

[1]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）[S].2010.

[2]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）[S].2010.

[3]《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ138-2001）[S].2001.

[4]葉至峰.框-剪結(jié)構(gòu)高層綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化分析[J].福建建材，2011 （06）.

[5]張曙光.底部大空間剪力墻結(jié)構(gòu)體系方案與應(yīng)用簡析[J].中華建設(shè)，2011（09）.

[6]查萬理.平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的探討[J].科學(xué)之友，2011（18）.

[7]黃慎江，凌琦.帶高位梁式轉(zhuǎn)換層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震性能研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011（08）.

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2015-9-12