高層綜合樓框架—剪力墻結構概念設計

耿 慧 玲

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

高層綜合樓框架—剪力墻結構概念設計

耿 慧 玲

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

在設計某一高層文體中心辦公樓及附屬商業綜合樓過程中，討論鋼筋混凝土框架—剪力墻結構的概念設計，分析遇到的問題，得出合理妥善的解決方案，從而達到安全適用、經濟合理的目的。

概念設計，優化比較，剛度突變

0 引言

在高層住宅的各類結構體系中，為了滿足高層公建房屋大空間的需要和凈高要求，框架—剪力墻結構作為一種可靠有效的結構設計體系，在實際工程上得到了廣泛的推廣和應用。框剪結構中，集剪力墻較大的抗側力剛度，框架較好的延性，連梁優良耗能的特性等優點組合而成，具有多道抗震防線，從國內外歷史經受地震后震害調查表明，確為一種抗震性能較好的結構體系。

在高層框剪結構中，剪力墻布置的多少是最重要的經濟性能指標。在結構設計計算過程中，剪力墻的布置，應該使結構具備相當的側向剛度，以此來滿足結構在地震作用下的位移變形要求，墻體自身也應該滿足承載力要求。若剪力墻布置過多，增加了結構自重，減小了結構的自振周期，地震作用效應也相應增大，造成了工程造價的浪費。若剪力墻布置過少，會導致結構位移太大，而無法滿足設計要求。所以框架—剪力墻結構中，建筑的經濟性和安全性主要取決于剪力墻的平面布置方案。

1 工程概況

本工程為山西省榆次區神農文體中心A座公寓式辦公及商業附屬樓，位于榆次區東南角136號地塊。本工程主樓地下1層，層高為5.2 m,設有設備層，設備層層高為1.8 m；地上19層，主樓1層層高為5.4 m，2層層高為4.8 m，3層～19層層高均為3.9 m(其中第8層層高6.1 m)。室內外高差為0.300 m,建筑高度為79.000 m。地下1層為平戰結合人防工程。主樓與裙樓之間設置抗震縫。

裙房地下1層層高為5.2 m，設有設備層，設備層層高1.8 m；地上4層,1層層高為5.1 m，2層層高為4.8 m，3層，4層層高均為3.9 m。

建筑結構安全等級為二級，建筑場地類別為Ⅲ類, 地面粗糙度類別C類,基本風壓修正后為0.44 kN/m2，建筑抗震設防類別為丙類。抗震設防烈度為8度(0.20g)，設計地震分組為第二組。主樓部分：剪力墻、框架抗震等級為一級；商業附屬樓部分：框架抗震等級為二級。由下至上，框架柱截面尺寸為700 mm×700 mm～1 000 mm×1 000 mm，剪力墻厚度為250 mm～300 mm，框架梁主要截面為400 mm×800 mm，混凝土強度等級為C30～C45。

2 結構方案的確定

2.1 結構選型

主樓1層為主力商鋪、管理用房、消防控制室、門廳，2層為主力商鋪、管理用房，3層～21層為公寓式辦公。裙樓為商業附屬樓，地下1層為柴發、低壓配電室、弱電間、報警閥室及計量間，地上為4層,1層～3層為體育商城，4層為游泳館。為了滿足大空間的需要和凈高要求，結構形式主樓為鋼筋混凝土框架—剪力墻結構，裙樓為框架結構。

依據《高層建筑混凝土結構技術規程》，框架—剪力墻結構中，剪力墻布置應符合以下要求：

1)剪力墻平面布置遵循規則。

抗震設計時，剪力墻的布置原則是要形成雙向抗側力體系，所以應該在X，Y兩個方向同時均勻布置剪力墻。剪力墻宜均勻布置在建筑物的四周、電梯間、樓梯間以及在平面形狀變化及恒載較大的部位。框架柱與剪力墻或框架梁與框架柱的中線應盡量保持重合。

2)剪力墻豎向布置遵循規則。

剪力墻宜盡量貫通建筑物整個高度范圍，避免剛度突變，若是需要開洞，洞口應盡量上下對齊。底部剪力墻承受壓力最大，為了滿足軸壓比的要求，底部剪力墻加厚，上部剪力墻承受壓力小，剪力墻的厚度相對較薄，剪力墻厚度豎向應均勻變化，防止帶來剛度突變。

2.2 設計要點

1)主樓要點。

由于主樓底部兩層的結構使用功能與上部不一致，導致剪力墻平面布置位置受限，經綜合考慮，樓電梯間可以設置一部分剪力墻，另外，為滿足建筑外立面的需求，排除在建筑四周設置剪力墻的可能，需另外選取臨近周邊位置的內隔墻布置一部分剪力墻。

2)裙樓要點。

首先裙樓因1層、2層中庭部分開大洞，形成兩層通高的柱子，并對整層樓板剛度有極大的削弱；其次，頂層設置游泳館，水池區域內，框架柱全部拔除，形成24 m×31.8 m的大空間，結構平面布置形式需重新確定。

3 結構計算

結構計算結果首先查看框架柱、剪力墻在豎向荷載下的軸壓比，配筋情況，其次結構計算結果應符合《高層建筑混凝土結構技術規程》和《建筑抗震設計規范》中關于位移比、層間位移、周期比等相關整體計算指標的要求。通過調整剪力墻墻肢長度、厚度，框架柱截面及混凝土強度等級，最終達成剪力墻平面布置規則、勻稱，剛度適中，主要受力構件承載力滿足要求，整體計算指標大部分滿足要求。唯獨存在第8層指標異常，8層與9層剛度比值遠小于1.1，扭轉位移偏大，最大層間位移與平均層間位移比值為1.38。經分析，主樓第8層層高6.1 m，大于相鄰上層層高3.9 m的1.5倍，存在剛度突變。

1)一次優化設計。

首先，增加結構周邊的剪力墻數量，加厚周邊剪力墻的厚度，從而增強結構周邊的剛度，進而提高結構整體的扭轉剛度。其次，有針對性地加大8層以下的剪力墻及框架柱的截面，減小9層以上的剪力墻及框架柱的截面。經計算后指標有所改善，但仍未達到規范限制要求。

2)二次優化設計。

從整體結構平面布置來看，在結構樓電梯間剪力墻布置較多，剛度較大，且樓電梯間位于結構中間區域，考慮減少樓電梯間局部的剪力墻，使得結構的平動周期增大，進而間接達到減小周期比、位移比的要求。

最終結構主要計算指標如下：底層框架部分，X，Y軸方向承擔的抗傾覆力矩均在10%～50%范圍，按框剪結構進行合理設計，初始定的結構構件的抗震等級準確。地震作用下，X方向最大層間位移角1/910,Y方向最大層間位移角1/890。在考慮偶然偏心的情況下，最大層間位移與平均層間位移比均小于1.2。8層與9層的側向剛度比值為1.23，滿足規范大于1.1的要求。

裙樓設計，首先，裙樓1層,2層，整層樓面平面狹長，且中庭及扶梯開了較大的洞口，使樓板剛度大幅削弱，對整層樓板變形產生不利的影響，經核算，樓板開洞尺寸小于樓面寬度的一半，開洞總面積小于總面積的30%，并且在扣除開洞面積后，開洞每一邊的樓板凈寬度均不小于2 m。加強措施如下：

1)加厚削弱部分的樓板至h=120 mm，樓板采用雙層雙向配筋，配筋率也適當提高；

2)洞口角部集中配置斜向鋼筋；

3)洞口周邊設置邊梁。其次頂層游泳館大空間的樓蓋形式經初步計算后，選用單向密肋梁樓蓋。由于泳池周邊走道架空層較高，考慮泳池范圍層高局部由4.7 m增高至5.3 m，經計算分析，單向密肋梁樓蓋形式能滿足建筑層高的要求。

本工程主樓結構布置如圖1所示。

4 細部設計

4.1 剪力墻設計

為了滿足剪力墻穩定性和抗震設計的要求，剪力墻厚度經計算確定為300 mm，因剪力墻墻肢較長，剛度較大，超筋現象嚴重。采取在剪力墻上開洞的措施，削弱過于集中的墻肢剛度，計算結果顯示，剪力墻仍有局部超筋現象。通過調整剪力墻墻肢長度、厚度和提高混凝土標號的方式，來解決剪壓比及軸壓比超限的問題。通過在施工縫處附加豎向配筋，來解決施工縫驗算超限問題。

4.2 梁柱節點設計

綜合樓第8層層高為6.1 m，大于相鄰上層層高3.9 m的1.5倍，最終計算結果中，8層與9層的側向剛度比值為1.23，滿足了指標要求，但存在框架梁柱節點域抗剪超限的情況，采取以下加強措施:1)加大梁柱節點截面，在梁柱節點處增設梁水平加腋；2)在梁柱節點處框架柱內增設型鋼，來提高框架柱抗剪能力，以此來解決節點域抗剪超限的問題。

4.3 連梁設計

在設計中，連梁主要受水平荷載，考慮使其首先出現塑性鉸，產生塑形破壞，吸收地震能量，使結構內力重分布。在計算過程中，通過降低連梁高度、加寬洞口尺寸等措施，容許連梁開裂，對連梁剛度進行折減，來降低連梁的剛度，以此來解決連梁超筋的問題。

5 結語

結構方案布置是否得當，直接關系到房屋建設的經濟性與可靠性，在進行結構設計時，一定要綜合考慮，注重概念設計，設計時應設置多道抗震防線，使結構體系具備相當的承載能力和抗震能力；對結構局部出現的薄弱層，采取合理的設計方案和加強措施。在結構設計中，對結構構件進行優化，使材料最大程度地發揮性能，從而達到安全適用、經濟合理的目的。

[1] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

Conceptualdesignofframeshearwallstructureforhigh-risebuilding

GengHuiling

(ArchitecturalDesignandResearchInstituteofShanxiProvince,Taiyuan030013,China)

In the design of the office building of a high-level sports center and affiliated commercial building process, discussed the conceptual design of reinforced concrete frame shear wall structure, analysis of the problems encountered, the reasonable solution properly, so as to achieve safe, economical and reasonable.

conceptual design， optimization comparison, stiffness mutation

2017-06-04

耿慧玲(1984- )，女，工程師

TU398.2

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