論高層框支剪力墻結構設計

洛陽智中建筑設計院有限公司 河南 洛陽 471000

摘要：本文主要結合工程實際，對高層框支剪力墻結構中鋼管混凝土柱和型鋼混凝土梁在大底盤復雜高層結構中的設計要點做了分析。以供同仁參考！

關鍵詞：高層框支剪力墻；鋼管混凝土；型鋼混凝土梁；抗震性能

1 工程概況

某工程總建筑面積為88616m2，地下4層，地面以上48層，底板面標高為-15.2m，建筑高度為184.6m。其中地下4層為地下車庫和設備用房，首層～四層為商業裙樓， 五層、六層為休閑會所，七層為結構轉換層，七層以上分為兩個塔樓，其中A塔為住宅，B塔為辦公，塔樓層高一般為3.4 m。本工程為框支-剪力墻結構體系，框支柱采用高強鋼管混凝土柱，轉換層采用普通的梁式轉換；抗震設防類別為丙類；抗震設防烈度為7度；設計基本地震加速度為0.10g；設計地震作用分組為一組；場地土類別為Ⅱ類。框架、剪力墻的抗震等級分別為：框支框架為特一級；一般框架為一級；剪力墻-1層至12層（加強部位）為特一級，其它層剪力墻為一級。

2 結構的整體計算分析

分別采用SATWE與ETABS對本工程進行整體分析計算。通過對SATWE與ETABS的計算結果進行比較，兩個程序計算結果的主要指標接近，表明程序計算結果是可信的。并補充利用通用結構分析與設計軟件SAP2000對結構進行屈曲分析。

根據結構布置及計算結果，可以判斷本工程為超限高層，超限內容有：建筑物總高度超過了規范允許的B級高度鋼筋混凝土建筑的最大適用高度；豎向抗側力構件不連續屬Ⅱ類，同時存在扭轉不規則（Ⅰ類）；另外結構屬于大底盤多塔復雜結構，同時還存在高位轉換，不屬于嚴重不規則的高層建筑結構。

3 地基與基礎

場地土類別為Ⅱ類，地基基礎設計等級為甲級。柱、剪力墻采用天然地基上的擴展基礎，基底置于中、微風化粉砂質泥巖、泥質粉砂巖。由于場地限制，部分柱基礎采用人工挖孔樁，樁端持力層為微風化泥質粉砂巖。核心筒底板厚2000mm（局部板厚2500mm），其余位置除剪力墻、柱下擴展基礎外底板厚為1000mm。部分底板下設置抗浮錨桿，錨孔直徑150mm，長度4.0m，錨桿間距為900mm。

4 關鍵部位的結構設計

4.1 剪力墻設計

利用A、B兩個塔樓的核心筒設置落地剪力墻作為主要的豎向抗側力構件，由于建筑高度超限，采取了多種加強措施以提高剪力墻的延性：1）增加剪力墻厚度，提高混凝土強度等級等措施來提高剪力墻截面強度，并嚴格控制其軸壓比，控制罕遇地震下的基底平均剪應力水平，確保證剪力墻在罕遇地震時不出現脆性的剪切破壞；2）底部加強部位由-1層～9層提高至-1層～12層，底部加強部位剪力墻配筋率提高至0.6%，約束邊緣構件配筋率提高至1.8～2.0%，配箍率提高至2.0%，并且考慮在核心筒剪力墻底部加強部位的約束邊緣構件設置芯柱，設置范圍為地下一層～七層；3）在地震荷載與風荷載作用下，連梁的剪力往往很大，為了防止連梁發生剪切破壞，對跨高比不大于2的連梁配置交叉暗撐或交叉斜筋，并按由其承擔連梁的全部剪力來計算配筋。

4.2 鋼管混凝土柱設計

由于鋼管混凝土柱具有承載力高、延性好，抗震性能優越等特點，使用鋼管混凝土柱作為框支柱可以極大的提高其抗震性能，并且可減小框支柱的截面增加建筑使用面積，因此鋼管混凝土柱被廣泛應用于帶轉換層高層建筑中。本工程框支柱均采用受力性能較好的高強鋼管混凝土柱（共18根），并考慮其以軸力的方式承擔一部分傾覆力矩。由于本工程首層層高為13米，二層層高為5.0米，SATWE程序計算的首層X（Y）方向層間抗側力結構的受剪承載力與二層的受剪承載力比值分別為0.65（0.55）。選取典型鋼管混凝土柱進行構件截面抗剪承載力計算，在截面、配筋、軸壓力相同的情況下，鋼管混凝土柱的截面抗剪承載力也基本相同，因此能保證首層鋼管混凝土柱的受剪承載力不小于其上一層受剪承載力的75%。

鋼管混凝土柱截面由負四層的φ1400mm×25mm逐步收至φ1300mm×20mm，鋼管柱采用Q345B鋼材，內襯管及柱底環板采用Q235B鋼材（鎮靜鋼），柱內混凝土強度等級為C60。鋼管混凝土柱通過鋼筋混凝土環梁節點與樓蓋連接，框架梁縱筋錨入環梁內，環梁節點內配置2φ25抗剪環，且與鋼管壁采用貼焊連接。

4.3 轉換層設計

本工程轉換層采用普通的梁式轉換，由于建筑功能的要求，造成轉換層的部分框支梁間接轉換。框支梁是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，其受力很大且受力情況相當復雜， 因此應設有較多的安全儲備；在設計時，適當提高轉換層的抗震性能要求，采用中震的地震影響系數對結構作中震作用下的彈性內力分析，按中震作用下的彈性內力與豎向荷載進行組合（1.0恒荷載+0.5活荷載+1.0中震作用），采用材料強度設計值，不考慮構件內力增大系數，對轉換梁進行強度驗算，以確保轉換梁在中震時處于彈性工作狀態。為防止轉換梁受剪破壞，適當加大轉換梁截面，加大梁抗剪箍筋，對部分剪力較大的轉換梁內置焊接H型鋼（Q345B），保證鋼筋混凝土轉換梁的最大剪壓比控制在0.15之內（《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ 3-2002規定的的剪壓比限值為0.175），型鋼混凝土轉換梁的最大剪壓比控制在0.30之內（《型鋼混凝土組合結構技術規程》JGJ 138-2001規定的剪壓比限值為0.424）。轉換層型鋼混凝土梁截面有1000x3000、1200x3000，內置200x2200x25x25焊接H型鋼。同時在型鋼混凝土梁梁面、梁底配置縱向受力鋼筋，其梁底縱向鋼筋的配筋率提高至1.30%，并增大其抗剪箍筋至 20@100（8）。

考慮彈性樓板假定，采用ETABS程序對轉換層部位進行豎向荷載和地震作用下的應力分析，從程序計算結果可看出樓板在地震作用下除局部有應力集中現象外，大部分應力水平均較低。在設計時按中震作用的彈性應力進行配筋，除對部分連接薄弱位置樓板進行特別加強外，轉換層樓板厚度取200并配置雙層雙向 14@150鋼筋，其上兩層樓板厚度取150，采用雙層雙向配筋，以保證水平力可靠傳遞。

4.4 鋼管混凝土柱與型鋼混凝土梁連接節點設計

為實現型鋼混凝土梁與鋼管混凝土柱剛接連接，在鋼管柱頂設置承臺，承臺截面為2000x2000x3000。沿鋼管內壁插入64 28的縱筋，并通過 16@80焊接環箍使縱筋形成一個整體，縱筋錨入鋼管混凝土柱內1500mm。

5 結語

本文結合了工程實際，就高層框支剪力墻結構設計中的剪力墻、鋼管混凝土柱、轉換層、鋼管混凝土柱與型鋼混凝土梁連接節點設計等做了分析討論，希望在以后的工程中遇到類似的設計能起到一定的指導作用。

參考文獻：

[1]JGJ138-2001.型鋼混凝土組合結構技術規程.

[2]劉維亞.鋼與混凝土組合結構理論與實踐.中國建筑工業出版社.2008

[3]高層混凝土結構技術規程（JGJ3—2010）[S].北京：中國建筑工業出版社.2010