高层框支剪力墙结构设计探析

2015-04-17赵毅

建材与装饰 2015年41期

关键词：框支技术规程型钢

赵毅

（山西省第二建筑设计院　山西　长治　046000）

高层框支剪力墙结构设计探析

赵毅

（山西省第二建筑设计院山西长治046000）

框支剪力墙结构在近年来的高层商住建筑中得到了广泛的应用。本文主要是对山西省太原市某商务中心2号楼塔楼部分的结构设计展开分析，对剪力墙、框支柱及转换层部分的内容进行了重点分析，以供同仁参考。

高层框支剪力墙结构；地基；基础；转换层

1　工程概况

本工程位于山西省太原市某商务区，总建筑面积为88619m2，地下4层，地面以上23层，底板面标高为-23.50m，建筑高度为83.06m。其中地下三层为地下车库和设备用房，地下室一层～首层为商业，二层为结构转换层，转换层层高为8.10m，3～21层层高为3.30m，22～23层层高为4.48m。本工程结构体系为框支-剪力墙结构体系，框支柱采用高强度混凝土柱，核心筒落到基础，转换层为梁板结构。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为Ⅶ度，设计基本地震加速度为0.10g；设计地震作用分组为一组，场地土类别为Ⅱ类。结构抗震等级为：①框架。普通框架为二级，框支部分为一级；②剪力墙。加强部位为一级，其它部位为二级。基本风压按地方相关规定，取值为0.60kN/m2，超过60m时基本风压乘以1.1的系数，地面粗糙度为C类。

2　结构分析计算

采用中国建筑科学研究院研发的SATWE软件计算，并以盈建科计算软件作为计算对比。经过对比，二者计算结果相近，说明计算结果可靠。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JCJ3-2010），复杂高层应进行弹性时程分析法进行补充计算。本工程采用pkpm软件的弹性时程分析法进行补充计算。通过计算结果以及结构布置可知，本工程属于竖向抗侧力构件不连续（局部竖向构件通过转换梁向下传递），以及扭转不规则（Y方向最大位移与层平均位移的比值达1.60）。扭转不规则超限，但由于位移比达1.60的楼层最大层间位移角为1/3012，远小于规范要求1/800，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JCJ3-2010）3.4.5规定，属于一般不规则。综上所述，本工程结构布置不超限。

3　地基与基础

场地土类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为甲级。柱、剪力墙均采用天然地基上的扩展基础。持力层为微风化岩层，fak≥6000kPa。塔楼部分总体抗浮明显满足要求。底板板厚为1000mm，经过经验系数法验算，抗浮配筋构造即可。故不需要设置锚杆进行局部抗浮。

4　关键部位的结构设计

4.1剪力墙设计

本工程利用落地核心筒作为主要抗侧竖向构件。布置如下：①转换层以下核心筒厚度200mm，局部300mm；转换层以上核心筒厚度200mm，局部250mm。②底部加强部位从基础到3层（转换层以上2层）。③混凝土等级，转换层以下及转换层以上1层为C60高强度混凝土，其余的按照每5层下降一个强度等级，直到下降到C30为止不再降低。

4.2框支柱设计

本工程共有18根框支柱，其中设计主要有两个难点：①由于建筑功能需要，首层层高达8.10m，二层层高只有3.30m。层高突变，极容易导致该楼层侧向刚度比和层间受剪承载力过小。②也是由于建筑功能需要，首层柱截面不宜过大，导致首层轴压比过大，超出规范要求。针对上述两个难点以及综合考虑其它因素，本工程框支柱采取以下措施应对：①准确计算建筑各部荷载，例如墙体荷载、卫生间回填荷载、装修荷载。②采取C60高强度混凝土，在截面符合建筑要求前提下，尽量减小转换柱轴压比。③柱箍筋采取矩形复合箍，箍筋直径φ12或以上的钢筋，肢距不大于200mm，间距不大于100mm，并且全高加密。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），柱轴压比可比一般要求增加0.10。④适当增加柱纵筋配筋面积，增加柱刚度，减少侧向刚度比和增加本层受剪承载力。通过上述设置，轴压比、层间侧向刚度比和层间受剪承载力之比均满足相关规范要求。

4.3转换层设计

本层转换层结构为梁板式结构。基本布置如下：①按照建筑要求，转换梁高度和周边封口梁高度一致，均为1600mm高。转换梁截面有800mm×1600mm和600mm×1600mm。经过结构计算复核，梁高度满足需要。②转换梁在托换竖向构件位置设置平面外拉梁，构造上平衡竖向结构该方向的弯矩。③楼板板厚设置为180mm，并在SATWE计算时设置弹性板计算，考虑了楼板弹性假定。为保证楼板刚度，保证水平力可靠传递。楼板配筋为双层双向10@150。转换层以上一层楼板也适当加强，具体措施为：增加板厚到120，配筋也双层双向设置板筋。④转换梁混凝土等级为C60，其余的楼盖构件为C35。

本层转换层有直接转换和间接转换两种情况：

（1）直接转换构件均为剪力墙，且剪力墙位于结构中部，受力较大，加上中部变形差，导致有两根和核心筒相连的转换梁剪力超限。为保证转换梁安全，防止转换梁受剪破坏，在剪力超限的转换梁设置150×1000×25×30的H型钢。保证钢筋混凝土转换梁的最大剪压比控制在0.15之内（《高层建筑混凝土结构技术规程》（JCJ3-2010）规定的剪压比限值为0.175），型钢混凝土转换梁的最大剪压比控制在0.30之内（《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）规定的剪压比限值为0.424）。在配置纵筋方面，不考虑型钢对抗弯的贡献，仅考虑纵筋作用。型钢作为抗弯安全储备。

（2）间接转换为转换梁中部托柱。由于柱位于结构两侧，荷载较小，抗剪容易满足，但弯矩很大。为了保证结构安全，本工程采取了SATWE和YJK两种软件分别计算，采取包络设计，并在计算结果上扩大1.4倍配筋面积。

4.4转换层以上结构设计

转换层以上结构设计，相当于普通结构布置，满足建筑要求即可，不得影响建筑功能和外立面。本文篇幅有限，不一一叙述。仅交代以下几点：①鉴于本工程位于风荷载较大的地区，楼层中部由风荷载引起的剪力将会相当可观。建筑功能不允许增加梁截面。为了抗剪，楼盖在12层以下混凝土标号为C35，以上为C30。②本工程中部走廊，除了结构两边设置封口梁，走廊楼顶不设置结构梁。为了保证楼盖传力，走廊楼顶的楼板板厚加强到150mm，并且双层双向配置8@150。③由于本工程位于番禺区商业中心，考虑建筑多功能，屋面活荷载取3.0。梁板配筋相应增大。