建筑工程中框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討

羅科

摘要：隨著城市進(jìn)程的不斷加快，高層建筑逐漸增多，如何保證其結(jié)構(gòu)的科學(xué)性成為業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)心的焦點。框支剪力墻結(jié)構(gòu)屬于一種較為常見的現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)，并在高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。下文將針對該類結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點進(jìn)行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：高層框支剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計；要點

1.工程概況

某建筑工程，建筑總面積88616m2，共計52層（含地下4層），建筑高度184.6m。該建筑采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框支柱采用高強鋼管混凝土柱，轉(zhuǎn)換層采用一般梁式轉(zhuǎn)換。框架、剪力墻的抗震等級分別為：1）框支框架的抗震等級為特一級。2）普通框架的抗震等級為一級。3）剪力墻1～12層的抗震等級為特一級。4）其他層剪力墻的抗震等級為一級。

2.結(jié)構(gòu)的整體計算分析

整體計算本建筑工程時，先后使用SATWE、ETABS，并對兩種計算方法的結(jié)果予以分析，發(fā)現(xiàn)由它們得到的主要指標(biāo)沒有明顯差異，提示計算結(jié)果具有足夠的可信度。由結(jié)構(gòu)布置和得到的計算結(jié)果可知，本建筑工程屬于超限高層，其涉及的超限內(nèi)容如下：1）在總高度上大于規(guī)范要求的B級高度鋼筋混凝土建筑的最大適用高度。2）豎向抗側(cè)力構(gòu)件有間斷，屬于Ⅱ類，伴有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則問題。3）大底盤多塔復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還涉及高位轉(zhuǎn)換問題，但沒有達(dá)到嚴(yán)重不規(guī)則程度。

3.關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1剪力墻設(shè)計

借助A、B兩個塔樓所屬的核心筒進(jìn)行剪力墻的設(shè)置，并將之當(dāng)作關(guān)鍵豎向抗側(cè)力構(gòu)件，考慮建筑存在高度超限問題，于是應(yīng)用多重措施以保證剪力墻具有足夠的延性：1）增加厚度和提高砼強度等級以保證剪力墻截面具有足夠強度，并保證其軸壓比的合理性，考慮大地震情形下基底能夠承受的剪應(yīng)力水平，從而避免剪力墻發(fā)生脆性剪切破壞。2）對底部進(jìn)行加強時，增加加強層數(shù)，即由原先的-1～9層調(diào)整到-1～l2層，剪力墻配筋率調(diào)整為0.6%，約束邊緣構(gòu)件配筋率調(diào)整為1.8%，配箍率調(diào)整為2.0%。3）受地震荷載、風(fēng)荷載的影響，連梁通常承受較大剪力，為避免連梁由此受到剪切破壞，應(yīng)對“跨高比≤2”的連梁進(jìn)行加強，如增添交叉暗撐等，與此同時，參考其承受的總剪力值進(jìn)行配筋計算。

3.2鋼管混凝土柱設(shè)計

鋼管混凝土柱具有諸多優(yōu)勢，不僅承載力高，而且延性好，同時還表現(xiàn)出良好的抗震性能，作為框支柱使用，一方面能夠保證抗震性能符合要求，另一方面能夠減少自身截面積而空出更多的使用面積。所以，在設(shè)置有轉(zhuǎn)換層的高層建筑中，鋼管混凝土柱獲得了普遍應(yīng)用。本工程的框支柱部分便采用性能優(yōu)異的鋼管混凝土柱，并通過軸力方式使其承擔(dān)一定的傾覆力矩。計算構(gòu)件截面抗剪承載力時發(fā)現(xiàn)，如果截面、配筋以及軸壓力三大參數(shù)一致，那么不同鋼管混凝土柱所對應(yīng)的截面抗剪承載力也趨于一致，所以，應(yīng)確保第一層鋼管混凝土柱所對應(yīng)的受剪承載力不可低于第二層鋼筋混凝土柱所對應(yīng)的受剪承載力的3/4。鋼管柱使用的鋼材為Q345B，內(nèi)襯管以及柱底環(huán)板使用的鋼材為Q235B，柱中砼強度等級設(shè)計為C60。鋼管混凝土柱經(jīng)由環(huán)梁節(jié)點和樓蓋相接，框架梁縱筋被牢固錨入環(huán)梁之中，環(huán)梁節(jié)點中設(shè)計有2Φ25抗剪環(huán)，且通過貼焊的方式和鋼管壁有效連接。

3.3轉(zhuǎn)換層設(shè)計

本建筑工程的轉(zhuǎn)換層應(yīng)用的是一般梁式轉(zhuǎn)換。基于建筑功能考慮，轉(zhuǎn)換層的某些框支梁和轉(zhuǎn)換框支梁相接，這種設(shè)計能夠賦予框支剪力墻良好的抗震性能，然而其受力不僅大，而且較為復(fù)雜。所以，有必要考慮并設(shè)置更多的安全措施。在設(shè)計過程中，應(yīng)盡量保證轉(zhuǎn)換層具有理想的抗震性能，通常應(yīng)用中震對應(yīng)的地震影響系數(shù)對結(jié)構(gòu)展開相應(yīng)的彈性內(nèi)力分析，同時考慮豎向荷載的大小，在材料強度設(shè)計值的基礎(chǔ)上（忽略構(gòu)件內(nèi)力增大系數(shù)及其影響），對轉(zhuǎn)換梁予以嚴(yán)格的強度驗算，從而保證其在中震條件下能夠保持理想的彈性工作性能。為避免轉(zhuǎn)換梁發(fā)生剪切破壞，應(yīng)對轉(zhuǎn)換梁截面進(jìn)行合理增大，對梁抗剪箍筋進(jìn)行合理加大，對那些受剪強度偏大的轉(zhuǎn)換梁設(shè)置內(nèi)焊形式的材質(zhì)為Q345B的H型鋼，從而確保鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁所對應(yīng)的最大剪壓比不會超過0.15，型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁所對應(yīng)的最大剪壓比不會超過0.30。在型鋼混凝土梁梁面以及梁底設(shè)計縱向受力鋼筋，適當(dāng)提高梁底縱向配筋率（增加到1.30%）。

4.建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計體會

1）對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)重視并做好概念設(shè)計工作，深入了解建筑結(jié)構(gòu)體系的整體及局部特點，不僅要了解和處理好結(jié)構(gòu)薄弱層，而且要善于發(fā)現(xiàn)抗震設(shè)計缺陷并予以有效改進(jìn)。在設(shè)計過程中，應(yīng)最大程度發(fā)揮工程設(shè)計軟件所具有的積極作用，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Ｒ约氨容^分析，最終設(shè)計和提供集各種優(yōu)勢于一體的建筑結(jié)構(gòu)方案。2）在設(shè)計過程中，應(yīng)重視并把握好框支剪力墻結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的抗震性問題，尤其要采取相關(guān)措施以保證轉(zhuǎn)換層滿足要求。3）假若采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)為主且附帶裙樓這種形式，則需要認(rèn)真考慮結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，并采取針對性的處理措施，如選擇外伸裙樓遠(yuǎn)離平面質(zhì)心的角部設(shè)置一道L型抗扭剪力墻，不僅如此，還需要在主樓和裙樓連接部位設(shè)計一道剪力墻以起到有效加強的作用。4）轉(zhuǎn)換梁受力狀態(tài)將會受到兩大因素的共同影響，一個是上部墻體分布形式，另一個是梁支座采用的約束形式。支座受到較強的約束時，梁將會受到偏心受拉作用，在抬小墻肢或者梁抬柱等相關(guān)情形中，轉(zhuǎn)換梁將會面臨所謂的全跨偏心受壓。5）框支剪力墻如果屬于高位轉(zhuǎn)換形式，則需要重視并做好概念設(shè)計工作，在整體及局部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)分析和系統(tǒng)論證，尤其要做好對上部墻體設(shè)計的優(yōu)化調(diào)整，從而使其具有最為科學(xué)的抗側(cè)移剛度。6）對轉(zhuǎn)換構(gòu)件予以局部應(yīng)力分析，并對其配筋進(jìn)行校核。對框支梁的抗剪截面進(jìn)行計算，當(dāng)其未能滿足設(shè)計要求時，應(yīng)選擇加寬的處理方式，而不是加高截面，防止由于過分提高框支梁剛度而有違“強柱弱梁”以及“強剪弱彎”的原則。

5.結(jié)束語

在當(dāng)前建筑中，框支剪力墻結(jié)構(gòu)以其諸多優(yōu)勢獲得了廣泛應(yīng)用，為業(yè)內(nèi)人士所重視。設(shè)計人員應(yīng)基于相關(guān)設(shè)計要求，同時參考工程具體情況對該類結(jié)構(gòu)可能存在的薄弱部位予以全面而深入的分析。不僅如此，還應(yīng)深刻了解和把握框支梁框支柱配筋方面的特殊性，最大程度發(fā)揮工程設(shè)計軟件在建模以及分析領(lǐng)域的作用，對各種方案予以比選和優(yōu)化，從而提供高質(zhì)量的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，為建筑工程整體質(zhì)量提供有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐斌.高層建筑箱形轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，10：192-193.

[2]涂敏.高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析[J].四川建材，2011，04：47-48.

[3]梁灝，莫世海.武漢某超高層框支剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].廣東土木與建筑，2011，09：10-13.