高層框支剪力墻結構設計探析

趙毅

（山西省第二建筑設計院　山西　長治　046000）

高層框支剪力墻結構設計探析

趙毅

（山西省第二建筑設計院山西長治046000）

框支剪力墻結構在近年來的高層商住建筑中得到了廣泛的應用。本文主要是對山西省太原市某商務中心2號樓塔樓部分的結構設計展開分析，對剪力墻、框支柱及轉換層部分的內容進行了重點分析，以供同仁參考。

高層框支剪力墻結構；地基；基礎；轉換層

1　工程概況

本工程位于山西省太原市某商務區，總建筑面積為88619m2，地下4層，地面以上23層，底板面標高為-23.50m，建筑高度為83.06m。其中地下三層為地下車庫和設備用房，地下室一層～首層為商業，二層為結構轉換層，轉換層層高為8.10m，3～21層層高為3.30m，22～23層層高為4.48m。本工程結構體系為框支-剪力墻結構體系，框支柱采用高強度混凝土柱，核心筒落到基礎，轉換層為梁板結構?？拐鹪O防類別為丙類，抗震設防烈度為Ⅶ度，設計基本地震加速度為0.10g；設計地震作用分組為一組，場地土類別為Ⅱ類。結構抗震等級為：①框架。普通框架為二級，框支部分為一級；②剪力墻。加強部位為一級，其它部位為二級?；撅L壓按地方相關規定，取值為0.60kN/m2，超過60m時基本風壓乘以1.1的系數，地面粗糙度為C類。

2　結構分析計算

采用中國建筑科學研究院研發的SATWE軟件計算，并以盈建科計算軟件作為計算對比。經過對比，二者計算結果相近，說明計算結果可靠。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JCJ3-2010），復雜高層應進行彈性時程分析法進行補充計算。本工程采用pkpm軟件的彈性時程分析法進行補充計算。通過計算結果以及結構布置可知，本工程屬于豎向抗側力構件不連續（局部豎向構件通過轉換梁向下傳遞），以及扭轉不規則（Y方向最大位移與層平均位移的比值達1.60）。扭轉不規則超限，但由于位移比達1.60的樓層最大層間位移角為1/3012，遠小于規范要求1/800，根據《高層建筑混凝土結構技術規程》（JCJ3-2010）3.4.5規定，屬于一般不規則。綜上所述，本工程結構布置不超限。

3　地基與基礎

場地土類別為Ⅱ類，地基基礎設計等級為甲級。柱、剪力墻均采用天然地基上的擴展基礎。持力層為微風化巖層，fak≥6000kPa。塔樓部分總體抗浮明顯滿足要求。底板板厚為1000mm，經過經驗系數法驗算，抗浮配筋構造即可。故不需要設置錨桿進行局部抗浮。

4　關鍵部位的結構設計

4.1剪力墻設計

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

4.2框支柱設計

本工程共有18根框支柱，其中設計主要有兩個難點：①由于建筑功能需要，首層層高達8.10m，二層層高只有3.30m。層高突變，極容易導致該樓層側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，導致首層軸壓比過大，超出規范要求。針對上述兩個難點以及綜合考慮其它因素，本工程框支柱采取以下措施應對：①準確計算建筑各部荷載，例如墻體荷載、衛生間回填荷載、裝修荷載。②采取C60高強度混凝土，在截面符合建筑要求前提下，盡量減小轉換柱軸壓比。③柱箍筋采取矩形復合箍，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《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），柱軸壓比可比一般要求增加0.10。④適當增加柱縱筋配筋面積，增加柱剛度，減少側向剛度比和增加本層受剪承載力。通過上述設置，軸壓比、層間側向剛度比和層間受剪承載力之比均滿足相關規范要求。

4.3轉換層設計

本層轉換層結構為梁板式結構?；静贾萌缦拢孩侔凑战ㄖ?，轉換梁高度和周邊封口梁高度一致，均為1600mm高。轉換梁截面有800mm×1600mm和600mm×1600mm。經過結構計算復核，梁高度滿足需要。②轉換梁在托換豎向構件位置設置平面外拉梁，構造上平衡豎向結構該方向的彎矩。③樓板板厚設置為180mm，并在SATWE計算時設置彈性板計算，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。轉換層以上一層樓板也適當加強，具體措施為：增加板厚到120，配筋也雙層雙向設置板筋。④轉換梁混凝土等級為C60，其余的樓蓋構件為C35。

本層轉換層有直接轉換和間接轉換兩種情況：

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

（2）間接轉換為轉換梁中部托柱。由于柱位于結構兩側，荷載較小，抗剪容易滿足，但彎矩很大。為了保證結構安全，本工程采取了SATWE和YJK兩種軟件分別計算，采取包絡設計，并在計算結果上擴大1.4倍配筋面積。

4.4轉換層以上結構設計

轉換層以上結構設計，相當于普通結構布置，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：①鑒于本工程位于風荷載較大的地區，樓層中部由風荷載引起的剪力將會相當可觀。建筑功能不允許增加梁截面。為了抗剪，樓蓋在12層以下混凝土標號為C35，以上為C30。②本工程中部走廊，除了結構兩邊設置封口梁，走廊樓頂不設置結構梁。為了保證樓蓋傳力，走廊樓頂的樓板板厚加強到150mm，并且雙層雙向配置8@150。③由于本工程位于番禺區商業中心，考慮建筑多功能，屋面活荷載取3.0。梁板配筋相應增大。

5　結語

本文通過介紹本工程結構布置，對高層框支剪力墻結構設計中的剪力墻、鋼筋混凝土柱、轉換層、型鋼混凝土梁設計等做了分析討論。希望能給日后的設計同行給予一點的參考價值。

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）[S].2010.

[2]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[S].2010.

[3]《型鋼混凝土組合結構技術規程》（JGJ138-2001）[S].2001.

[4]葉至峰.框-剪結構高層綜合樓結構設計及優化分析[J].福建建材，2011 （06）.

[5]張曙光.底部大空間剪力墻結構體系方案與應用簡析[J].中華建設，2011（09）.

[6]查萬理.平面不規則結構抗震設計方法的探討[J].科學之友，2011（18）.

[7]黃慎江，凌琦.帶高位梁式轉換層框架-剪力墻結構體系抗震性能研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2011（08）.

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