部分框支剪力墻結構與普通剪力墻結構的經濟性對比★

刁澤民 陳 凱

(華南農業大學水利與土木工程學院，廣東 廣州 510642)

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部分框支剪力墻結構與普通剪力墻結構的經濟性對比★

刁澤民 陳 凱

(華南農業大學水利與土木工程學院，廣東 廣州 510642)

結合某11層商住樓工程概況，提出了首層轉換部分框支剪力墻和無轉換層剪力墻兩種結構形式，利用廣廈結構CAD軟件計算了內力和配筋，并通過廣廈概預算系統分析了單方含鋼量和結構造價，比較了兩種結構方案的經濟性，結果表明，兩種結構形式的經濟指標差別不明顯，為了適應商住樓的功能要求，實現首層大空間，建議優先采用帶轉換層的結構形式。

剪力墻結構，轉換層，經濟指標，結構方案

0 引言

相對于普通剪力墻結構，部分框支剪力墻結構的框支層和下部樓層豎向構件間距較大，剪力墻數目較少，可以更好地滿足建筑功能要求。

有關轉換層對剪力墻結構抗震性能影響的研究已有不少成果。榮維生[1]通過對無轉換層結構和轉換板設置在第3層頂的結構分析，結果表明：轉換層的存在使下部結構振型層間位移角數值加大，結構基本振型表現得更加明顯。轉換層所在的位置作為上、下結構變形的轉折處，表現得更為突出。董堃[2]指出，布置轉換層容易造成豎向抗側力構件的不連續、樓層側向剛度及樓層受剪承載力的突變。這些研究均說明了布置轉換層使結構不利于抗震。

為了加強結構的抗震性能，規范規定必須要將結構的抗震等級提高一級和加大結構的底部加強范圍，導致鋼筋用量增加。《高層建筑混凝土結構技術規程》[3]同時規定，框支轉換層樓板厚度不宜小于180 mm，每層各方向的配筋率不宜小于0.25%。而一般樓層現澆樓板厚度不應小于80 mm，配筋率均不宜小于0.10%。文獻[4]指出，現澆鋼筋混凝土結構中樓板的混凝土用量占整個樓蓋混凝土用量的50%以上，樓板的鋼筋用量約占整個樓蓋鋼筋用量的20%。因此，轉換層的耗材往往高于非轉換層。盡管轉換層的耗材往往高于非轉換層，但因為整體結構受力影響復雜，總鋼筋量也隨之受到影響。目前，有關商住樓結構方案經濟性對比的研究未見，因此，商住樓結構方案經濟性對比是有意義的工作。

1 結構方案

研究對象為一幢高40.8 m，無地下室的11層商住綜合樓，抗震設防烈度為7度，丙類抗震設防。其他設計參數：設計基本地震加速度值為0.10g，場地類別為Ⅲ類，設計地震分組為第一組，基本風壓值0.7 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。首層平面圖、3層～11層平面圖分別如圖1,圖2所示。

分別以純剪力墻和首層轉換部分框支剪力墻兩種結構方案對此商住樓進行結構設計，兩種結構方案分別記為方案1和方案2。兩結構方案在初始建模時2層以上采用相同的結構。方案1中結構上層豎向構件直接貫通至地面，第一結構層的樓板和梁均與上層一致。方案2采用梁式轉換層將上層剪力墻結構轉換為框剪結構。框支層樓板與轉換梁的設計按照規范的要求進行設計。轉換梁的截面高度取1 500 mm，截面寬度取500 mm，轉換層樓板厚度取180 mm。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》，對于設防烈度為7度，高度小于80 m的結構，剪力墻結構的抗震等級為三級，而部分框支剪力墻結構的底部加強部位的剪力墻、框支框架和非底部加強部位的剪力墻的抗震等級分別為二級、二級和三級。另外，文獻[5]指出，當裙樓與主樓相連時，相關范圍(一般指主樓周邊外延不少于三跨的裙樓結構)內裙樓的抗震等級不應低于主樓的。本工程中，裙房伸出主樓周邊外延只有兩跨，主樓高度只有40.8 m。因此，方案1的主樓和裙房的抗震等級均為三級。方案2的主樓中的底部加強部位的剪力墻、框支框架和裙房的抗震等級均為二級、主樓的非底部加強部位剪力墻的抗震等級為三級。方案1和方案2的第一結構層平面布置圖分別如圖3,圖4所示，3層～11層的結構平面布置圖如圖5所示。

2 結構計算與驗算

兩種結構方案均采用廣廈結構CAD進行內力和配筋計算。經過反復調整，最后結果顯示側向剛度比、位移比、周期比、重力二階效應及結構穩定、地震作用的剪重比、傾覆力矩、樓層層間抗側力結構的承載力比值等各種指標均滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》和《建筑抗震設計規范》[6]的要求。同時，結構的位移比均小于1.4，根據文獻[7]，不考慮雙向地震。在AutoCAD自動生成的施工圖中，均滿足撓度裂縫要求，均滿足規范中的各種指標是經濟指標能夠對比的基礎。主要整體合理性指標對照表如表1所示。

表1 主要整體合理性指標對照表

參數最小側向剛度比最大層位移比周期比/%最大層間位移角方案11.101.2779.101/3583方案21.101.3383.791/2255

3 經濟性對比

筆者采用廣廈結構CAD的平法配筋模塊進行配筋。所有鋼筋統一選用HRB400級鋼筋。應用廣廈概預算系統計算單方含鋼量和結構造價，兩種結構方案的工程整體經濟指標對照表如表2所示。

表2 工程整體經濟指標對照表

文獻[8]指出，近年來，開發商為了追求利益的最大化，在簽訂設計合同時都把含鋼量作為一個指標來限制。對于工程師來說，單方含鋼量和工程造價是主要的經濟指標。從表2可以看出方案2的單方含鋼量(程序算出的單方含鋼量未考慮樓梯、非磚混結構的構造柱和水池等其他的一些非主要構件的鋼筋)比方案1的高2.398 kg/m2，即高8%。方案2的結構工程造價比方案1的高5.548萬元，即高3.4%。此外，文獻[8]指出，對于剪力墻結構住宅的標準層，小高層的單方含鋼量一般在25 kg/m2～50 kg/m2。可以看出這兩種結構方案的單方含鋼量均在正常范圍內。兩種結構方案的工程分層指標對照表和分部工程分費匯總對照表分別如表3，表4所示。

表3 工程分層指標對照表

表4 分部工程分費匯總對照表 元

從表3中可以看出，在1層～3層，部分框支剪力墻結構的鋼筋和混凝土用量均比普通剪力墻的高，而在4層～11層(對應于部分框支剪力墻的非底部加強樓層)，部分框支剪力墻結構的鋼筋和混凝土用量均比普通剪力墻的低。從表4可以看出雖然部分框支剪力墻的鋼筋混凝土工程造價比普通剪力墻的高，但是在模板工程造價方面，部分框支剪力墻比較有優勢。

4 結語

單方含鋼量和結構工程造價是結構工程師最為關心的兩個經濟指標。通過計算得出，一幢11層商住樓(建筑面積約為7 000 m2)，采用首層為轉換層的結構方案的模板工程造價和大部分上層的鋼筋和混凝土用量比普通剪力墻的低。采用首層為轉換層的結構的單方含鋼量和結構工程造價確實比不帶轉換層的結構的高，但是差別不明顯。單方含鋼量僅僅相差2.398 kg/m2，結構工程造價僅僅相差5萬元。而且采用轉換層能夠使轉換層及以下樓層的空間布置靈活，在銷售上能體現出經濟效益，可以抵消一部分因采用轉換層而增加的費用。為了適應商住樓的功能要求，實現首層大空間，建議優先采用帶轉換層的結構形式。

致謝：感謝李文雄老師對論文的撰寫和修改提出了寶貴的意見。

[1] 榮維生.板式轉換結構轉換層位置對高層建筑抗震性能的影響[J].建筑科學，2004，20(4)：2-7.

[2] 董 堃.高層建筑梁式轉換層結構實用設計方法探討[J].工業建筑，2009，39(sup)：265-269.

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] 陸海燕.樓板的優化設計研究[J].工程建設與設計，2014(1)：29-31.

[5] 黃小坤.《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3—2010)修訂[J].建筑結構，2011，41(11):1-7.

[6] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[7] 黃小坤.《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3—2002)若干問題解說[J].土木工程學報，2004，37(3):1-11.

[8] 鄧 晟.高層住宅的含鋼量控制[J].福建建筑，2011(10):40-42.

[9] 蔣 宇.淺談剪力墻結構中墻體布置與經濟性[J].建筑結構，2011，41(sup)：46-48.

Economic comparative analysis on partial frame supported shear wall structure and common shear wall structure★

Diao Zemin Chen Kai

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Combining with the 11-story commercial residential building engineering conditions, put out a partial frame supported shear wall structure with the first layer conversion and a common shear wall structure. Guangsha structure CAD is used for the calculation of internal force and reinforcement. Guangsha budget system is used for the calculation of unilateral steel content and structural cost. At last, it makes a comparison on the economic performance of two structural scheme. It turns out that the difference of economic indicators is not obvious. In order to adapt to the requirements of commercial and residential building that it need a big space in the first floor, it suggests that we should take the form of structure with conversion layer first.

shear wall structure, conversion layer, economic index, structure scheme

1009-6825(2017)08-0028-03

2017-01-04★：華南農業大學教育教學改革與研究項目

刁澤民(1996- )，男，在讀本科生； 陳 凱(1974- )，男，博士，副教授

TU398.2

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