鋼框架結構中設有鋼筋混凝土剪力墻的設計淺析

1 引 言

高層建筑設計中側向荷載是結構設計的關鍵因素，因此抗側力體系是整個結構中最重要的組成部分。鋼框架結構-支撐結構為高層鋼結構中常用的結構型式，但是對于部分工業建筑，常常由于工藝的要求，支撐無法正常設置，并由于部分工藝的使用要求，考慮防爆要求，鋼框架中需要設置鋼筋混凝土防爆墻，鋼筋混凝土墻體剛度較大，存在一個剛度協調的問題，如果結構計算中不考慮鋼筋混凝土的剛度貢獻，計算分析結果將嚴重失真。下面就通過對一個工程實例(該項目于2010年設計)的介紹，簡單闡述一下鋼框架中設置鋼筋混凝土墻體的設計、計算以及調整方案的過程。

2 結構布置方案

內蒙某工業項目100#建筑X向長36.200m，Y向長28.000m，無地下室。柱網尺寸主要為8.000m×8.000m，整體為6層，局部7層為樓梯間出屋面，1～5層層高為6.000m，6層為7.250m，局部七層層高為4.000m。該建筑總高度為37.500m，局部出屋面高度為41.000m。

由于工藝要求，大部分樓面無鋼筋混凝土板，樓面為鋼格柵板;部分區域需要考慮防爆，因此工藝要求，2軸交A～C軸處、5軸交C～D軸處、1/5軸交C～D軸處、A軸交1～2軸處、C軸交1～2軸處、C軸交5～1/5軸處需要設置鋼筋混凝土防爆墻。為考慮模型整體剛度的協調，A軸交5～6軸處、6軸交A～B軸處設置鋼筋混凝土剪力墻，D軸交2～3軸處設置鋼支撐。

該建筑除部分鋼筋混凝土防爆墻開洞需要用實心磚填充外，其他區域無砌體墻。大部分區域均為開敞式，局部設有若干房間，房間墻體均為輕質墻體。

3 設計參數

3.1 風荷載、雪荷載

基本風壓:0.55kN/m2，地面粗糙度為 B類，基本雪壓:0.40kN/m2。

3.2 使用荷載

衛生間:2.0kN/m2;樓梯間:3.5kN/m2;電梯機房:7.0kN/m2;各層樓面及屋面其他區域:5.0kN/m2;大型設備荷載另計。

3.3 建筑結構安全等級、抗震設防類別、抗震設防烈度、設計使用年限

建筑結構安全等級:二級;抗震設防類別:乙2類;抗震設防烈度:7度，設計基本地震加速度為0.10g。結構設計使用年限為50年。

3.4 計算參數

阻尼比取0.04，地震作用下的內力和變形分析中考慮重力二階效應

抗震等級:三級，主要鋼構件均采用Q345B級鋼。

4 截面選型及抗震措施

4.1 截面選型

(1)鋼柱和鋼梁均采用H型鋼，梁柱均為雙向剛接，采用栓焊混合連接型式，雙剪，摩擦型連接。考慮加工的方便和保證施工質量，盡量采用熱軋H型截面，部分較大截面無法選用熱軋截面時，采用焊接H型鋼截面。(2)柱間支撐采用中心支撐，寬翼緣熱軋H型鋼，由于層高較大，為便于控制支撐平面長細比，將支撐截面旋轉90度，強軸轉向平面外。(3)樓面水平支撐采用型鋼，角鋼。

4.2 抗震措施

(1)需要滿足強節點弱構件、強剪弱彎的要求，當框架梁無法滿足極限承載力的要求時，考慮梁翼緣在連接處局部加寬的方式來處理。(2)需要進行節點域的屈服承載力進行驗算，不能滿足規范要求時，柱的節點域局部貼焊鋼板進行處理。(3)需要滿足強柱弱梁的要求，由于鋼柱采用H型鋼，弱軸方向剛度較弱，無法滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)中式8.2.5-1 或式8.2.5-2 要求，通過調整截面，使鋼柱軸壓比控制在0.4以下，根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)要求，可不進行強柱弱梁驗算。(4)由于外露式柱腳無法滿足《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)要求，因此采用外包式柱腳。(5)長細比限制:框架柱長細比不大于100√(235/fay)，柱間支撐按壓桿設計，長細比不大于120√(235/fay)。

5 結構控制性參數的檢查

(1)根據反復調整墻體洞口尺寸、墻體厚度最終確定主要墻體洞口尺寸為3.000m ×4.000m。

(2)位移比最大值為 1.17，未超1.2。

(3)主要振型結構自振周期(S)、結構自振周期比、振型有效質量系數、剪重比

分項 數值備注T1 0.8222 T2 0.4384 T3(Tt)0.4135 Tt/T1 0.5029 X方向(有效質量系數)99.99%Y方向(有效質量系數)99.94%X方向剪重比 3.20% 規范要求大于1.6%Y方向剪重比 3.20% 規范要求大于1.6%

本結構周期比滿足規范要求，振型有效質量系數均大于90%，振型個數21，滿足要求。

6 節點構造處理

(1)與鋼筋混凝土墻體相交的鋼結構框架梁柱連接做法參照型鋼混凝土做法，沿柱全高設置栓釘。

(2)節點域局部貼焊鋼板時，鋼板與柱節點域板采用點塞焊縫進行連接，與周邊柱翼緣板及加勁板之間采用對接焊縫進行連接。

(3)鋼筋混凝土防爆墻由于整體剛度的原因需要開設洞口，洞口采用實心磚進行填充，實心磚墻體拉結筋均貫通設置，并錨固在鋼筋混凝土墻體內，磚墻表面設置4鋼筋網并砂漿抹面。

[1]建筑抗震設計規范.GB 50011-2010.

[2]鋼結構設計規范.GB50017-2003.