孙宇栋

在现代都市中，往往为了实现最大的经济效益，常常把房屋的底部一层或几层用作商场、餐厅等公共用房，而上部则用作住宅、办公等功能。在此条件下，为满足使用功能的要求需采用底部大空间框支剪力墙结构这种结构形式。由于使用功能限制剪力墙结构中部分剪力墙不能落地，需采用框支梁转换，而由此产生了框支梁截面较大，配筋大等不利因素。另外，对于框支柱来说，轴压比是影响框支柱在地震作用下延性的主要因素，所以规范给出了比普通框架柱更为严格的限值。为此，框支柱的截面往往需要设计很大。除此之外，规范对于带转换层的竖向不规则结构，转换层上下侧向刚度的要求也给出了相应的规定，基于此要求，框支柱截面往往也需要设计很大。而型钢混凝土结构构件相对于普通混凝土结构构件具有承载力高的优点，若应用于框支梁与框支柱，则可有效减小构件的截面尺寸，从而减小转换层层高，对于满足规范关于上下层侧向刚度比的要求也有一定的有利作用，从抗震性能角度讲型钢混凝土构件的延性和抗震性能也明显优于普通混凝土。

1 工程概况

太原市瑞生丽园6号高层商住楼位于太原市东太堡街以南，石太电气化铁路东侧，由太原市瑞生房地产有限公司投资建设。建筑的主要功能为沿街商铺及高层住宅，本工程属于高层建筑。本工程地下2层，地上24层。结构形式为部分落地框支剪力墙结构。首层层高3.9 m，2层层高5.1 m。框支梁位于2层顶板处。其上标准层层高3 m，建筑物总高度79.5 m，总建筑面积20 430 m2。本工程建筑设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为乙级。框架抗震等级特一级;剪力墙加强区特一级，非加强区一级。太原市的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g。设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。基本风压按100年一遇为0.45 kN/m2。

2 计算分析

为了有效反映两种混凝土结构构件在本工程中的性能对比，本工程分别建立模型对采用型钢混凝土框支梁柱的高层建筑及采用传统混凝土的高层建筑进行弹性阶段的地震反应对比分析。

1)构件截面及材料。普通混凝土构件:框支柱截面0.8 m×0.8 m，除电梯井筒外，落地剪力墙厚度均为350 mm。框支梁截面0.7 m ×1.4 m。型钢混凝土构件:框支柱截面 0.8 m ×0.8 m，所采用的型钢规格为400×400×13×21;框支梁截面0.5 m×0.8 m，所采用的型钢规格为600×300×17×28。混凝土强度等级:筏板及基础梁:C40;2层以下框架柱及剪力墙:C40;2层以下框架柱及剪力墙:C45;3层～6层剪力墙:C35;7层及以上剪力墙:C30。地下2层～1层梁、楼板:C30;2层梁、楼板:C45;3层及以上梁、楼板:C30。钢筋种类HRB335(主要用于梁，柱及墙体纵筋和部分箍筋)，HPB235(主要用于楼板、次梁、墙体纵筋及箍筋)。

2)基础形式。建筑物场地类别为Ⅲ类场地。其中第②层土为自重湿陷性黄土，湿陷等级为Ⅱ级。为处理湿陷及提高地基承载力，地基处理采用灰土挤密桩+水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)。灰土挤密桩长5 m，CFG桩长12 m，两种桩桩径均为400 mm，均采用三角形布置，桩距1.2 m。处理后的复合地基承载力特征值达到600 kPa。基础采用梁板式筏型基础。本建筑物的地基变形计算软件采用JCCAD，计算得到的基础最大沉降量为12.5 mm，满足规范要求。

3)结构整体性能对比。周期对比与位移对比见表1，表2。

表1 主要周期对比 s

4)框支梁承载能力比对。普通混凝土框支梁截面抗剪承载力为1 688 kN;而型钢混凝土框支梁抗剪承载力为3 204.6 kN，约为普通混凝土框支梁的2倍。普通混凝土框支梁截面抗弯承载力为1 723.1 kN/m;而型钢混凝土框支梁抗剪承载力为2 993 kN/m，约为普通混凝土框支梁的1.73倍。

5)框支梁、柱延性比对。构件的受压区高度ξ和受拉区钢筋的屈服强度fy与延性比成反比，对于本文所示例子，受拉区钢筋的屈服强度fy一定，即减小受压区高度的措施均可增大延性比。

表2 位移对比

截面均为600×1 200，型钢参数为600×300×28×17。

当为普通混凝土框支梁时，计算跨中所需配筋面积As=4 400，当为型钢混凝土框支梁时，计算跨中所需配筋面积仅为构造配筋，即为型钢充分发挥作用时即可满足受压区承载力的要求，所以受压区高度非常小，可以忽略。

由以上比较可知型钢混凝土梁的延性比远高于普通混凝土梁的延性比。

同样，对框支柱进行比对，当为普通混凝土框支柱时轴压比为0.58，当为型钢混凝土框支柱时轴压比为0.45。由此可知型钢混凝土柱的延性比远高于普通混凝土柱的延性比。

3 结语

本文对本工程中型钢混凝土构件承载力、延性的对比分析可以得出如下结论:框支柱及底部转换梁采用型钢混凝土构件在地震作用下受力性能和耗能能力、延性等方面明显优于普通钢筋混凝土的构件。采用型钢混凝土的底部转换梁的抗剪性能较普通钢筋混凝土转换梁明显改善。由于转换梁的截面尺寸往往受抗剪控制，因此，在相同承载力要求的情况下，采用型钢混凝土转换梁可以较普通钢筋混凝土转换梁减小截面尺寸，增加建筑净空。另外，底部转换梁与框支柱采用型钢混凝土后，底部转换梁与框支柱节点的抗震性能较普通钢筋混凝土结构有显著的改善。真正实现了强节点，并保持了优越的整体工作性能。采用型钢混凝土的底层大空间转换结构，由于型钢骨架的贡献，其薄弱层已上移，使整个结构的屈服破坏机制趋于合理。另外，由于钢骨的作用，底层框支柱与底部转换梁的塑性转动延性也得到显著的改善。

[1]JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S］.

[2]GB 50009-2001，建筑结构荷载规范[S］.

[3]GB 50011-2001，建筑结构荷载规范[S］.

[4]JGJ 138-2001，型钢混凝土组合结构技术规程[S］.