從茂名商住綜合體方案分析框支剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

鄧志成

廣州銘思建筑設(shè)計有限公司為專業(yè)設(shè)計商業(yè)地產(chǎn)項目的公司，規(guī)模不算大，各專業(yè)技術(shù)人員共約四十人，是一家小而精的建筑設(shè)計公司。筆者在此公司已經(jīng)工作接近六年，一直為此公司的主任結(jié)構(gòu)工程師，承擔(dān)過多個項目的專業(yè)負(fù)責(zé)人，去年下半年開始一直在配合建筑專業(yè)進(jìn)行富港茂名項目的方案設(shè)計，方案于年底基本敲定，結(jié)構(gòu)專業(yè)于年初完成了施工圖的設(shè)計。

1 項目概況

茂名的東匯城項目是我公司為富港集團(tuán)打造的第三個大型綜合體項目，位于茂名油城十路，為城市的未來市中心。該項目第一期約22萬m2，在大型商業(yè)中心上部有四棟住宅和公寓，為了是高層住宅不至于影響裙樓商業(yè)中心的使用，必須在五層，即裙樓頂做成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，這是一種高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)形式，按照國家規(guī)范，必須召開專家評會議。

該項目中西邊為第一期，設(shè)有一商業(yè)中心，上有四棟住宅樓。在裙樓內(nèi)，已經(jīng)見不到剪力墻，除了核心筒，在轉(zhuǎn)換層完成轉(zhuǎn)換，這種結(jié)構(gòu)形式就是框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 技術(shù)要點分析

目前該項目還在設(shè)計當(dāng)中，業(yè)主對方案滿意。這些年以來，我一直關(guān)注結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的技術(shù)發(fā)展，不斷收集相關(guān)的技術(shù)資料和工程實例信息，就框支剪力墻結(jié)構(gòu)的特點進(jìn)行分析研究和總結(jié)，下面就簡單闡述框支剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)要點：由于框支-剪力墻結(jié)構(gòu)上、下剛度突變，構(gòu)件不連續(xù)，傳力復(fù)雜，在地震作用下框 支層將產(chǎn)生很大的內(nèi)力和塑性變形，抗震性能差，易造成震害；轉(zhuǎn)換層應(yīng)力復(fù)雜，材料耗用量大，自重大，施工復(fù)雜，造價高，但框支-剪力墻結(jié)構(gòu)可滿足建筑物上、下不同功能的組合。

建筑方案確定后，為改善抗震性能，減輕自重并節(jié)省投資，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮以下問題。

2.1 轉(zhuǎn)換層設(shè)計

本工程除水平、垂直方向設(shè)置剪力墻外，尚有斜方向的墻體，其上下軸線無法對齊 .剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只能通過轉(zhuǎn)換層傳給框支結(jié)構(gòu)。

2.1.1 減輕轉(zhuǎn)換層自重

香港地區(qū)此類建筑物較多，但它們不考慮抗震設(shè)防，而注重綜合的效益，對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制不很嚴(yán)格，因此一般均采用厚板為轉(zhuǎn)換層。厚板材料耗用量大，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，因其自身重量大，又帶來地震作用大，使框支內(nèi)力增大。本工程設(shè)計時從減輕自重出發(fā)，盡管上部剪力墻方向復(fù)雜，仍優(yōu)先考慮梁系轉(zhuǎn)換。梁高2 m，梁寬一般為1.2 m、1.5 m及1.8 m。

2.1.2 加強(qiáng)梁的抗扭剛度

計算結(jié)果顯示梁的扭矩大，配置縱向抗扭鋼筋及橫向抗扭箍筋均難滿足要求，因此 采用部分封底，形成箱形，轉(zhuǎn)換層上、下板厚均為200 mm。

2.1.3 加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁與中筒的連接

轉(zhuǎn)換梁與中筒連接處負(fù)彎矩大，鋼筋錨固構(gòu)造也存在問題，且轉(zhuǎn)換梁斷面與筒體壁厚500 mm顯得不很協(xié)調(diào)，故采用在轉(zhuǎn)換層的高度范圍筒體設(shè)置鋼筋混凝土箍，以加強(qiáng)此處連接。

與厚板相比，本工程的部分箱形轉(zhuǎn)換層挖空率約為27%，對節(jié)省混凝土用量和減小 地震力均有較大意義。

2.2 框支層設(shè)計

框支-剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱部位在框支層，故加強(qiáng)其延性，提高抗震性能是十分重要的。

本工程建筑功能要求大空間，不能設(shè)置更多的落地剪力墻，故在不影響功能的情況下，爭取中筒四角加設(shè)T形落地墻體，以增加框支層墻量及剛度。

3 茂名東匯城結(jié)構(gòu)專業(yè)初步設(shè)計分析

3.1 構(gòu)件截面尺寸

3.2 結(jié)構(gòu)計算

本工程采用中國建筑科學(xué)研究院《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件》SATWE（墻元模型）計算。對于D-5#、D-6#、D-7#樓樓為存在轉(zhuǎn)換的框支-剪力墻復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)則采用SATEWE的彈性時程分析方法進(jìn)行校核，并采用盈建科軟件進(jìn)行復(fù)核對比。

經(jīng)計算分析：

①純地下室框架柱軸壓比最大值為0.78，滿足二級框架柱軸壓比規(guī)范限值0.85的要求；特一級剪力墻，軸壓比最大值為0.49，滿足規(guī)范軸壓比限值0.5的要求，二級剪力墻，軸壓比最大值為0.58，滿足規(guī)范軸壓比限值0.6的要求，設(shè)計控制短肢剪力墻（包括一字型剪力墻）按一級，最大軸壓比為0.37。

②各塔樓計算剛重比如下：

以上結(jié)果均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的穩(wěn)定性要求（EJd≥1.4H2∑Gi），在D-6#樓已考慮重力二階效應(yīng)外，其它各棟塔樓均可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響（EJd≥2.7 H2∑Gi）。

③抗震驗算取12～18個振型，可保證振型參與有效質(zhì)量系數(shù)大于90%。計算第一扭轉(zhuǎn)周期Tt與第一平動周期T1之比Tt/T1： 最大值為D-5#D-7#樓的0.71，滿足規(guī)范周期比限值0.90的要求。計算時考慮了雙向地震作用，又考慮了單向地震作用時偶然偏心的影響，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層標(biāo)準(zhǔn)層豎向構(gòu)件的彈性最大水平位移與該樓層最大與最小位移的位移比為：D-5#D-7#樓X向1.24，6-1#樓Y向1.36（為裙樓首層位置），大于1.2，但滿足規(guī)范限值1.40的要求。D-2#在地震力作用下的最大位移為1/763，滿足1/650的要求。D-5#、D-6#、D-7#在地震力作用下的最大位移為1/965，滿足1/800的要求。

④計算抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力與相鄰上一層受剪承載力的比值的最小為0.82，滿足A級高度的0.8。

⑤對于D-5#/D-7#樓，因存在五層樓面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換層上部與下部等效側(cè)向剛度剛度比為：X向為1.10，Y向為0.82，大于0.8的規(guī)范要求；對于D-6#樓，因存在五層樓面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換層上部與下部等效側(cè)向剛度剛度比為：X向為0.82，Y向為0.83，大于0.8的規(guī)范要求。

⑥計算均滿足其樓層剛度比不宜小于相鄰上部樓層樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層樓層側(cè)向剛度平均值的80%的要求。

⑦對凹口抗震薄弱部位增設(shè)的拉板及核心筒部位采用彈性樓板假定進(jìn)行整體分析，可充分考慮樓板剛度對結(jié)構(gòu)水平力分配的影響。

⑧根據(jù)《地質(zhì)報告》本工程屬Ⅱ類場地，卓越周期0.35 s，按照程序提供的與本場地卓越周期相近的三種不同的場地人工模擬地震時程曲線（多遇地震50年63%的超越概率），進(jìn)行時程分析計算的結(jié)果比較，說明CQC法（振型分解法）曲線基本上包括了三條地震波計算的曲線，且每條時程曲線計算所行的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，多條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%說明采用SATWE（彈性）分析所得的結(jié)果是合適的。

⑨其D-6#和D-5# /D-7#樓彈性時程分析圖形如下：

D-6#樓計算結(jié)果。最大樓層位移，如圖2所示。

最大層間位移角，如圖3所示。

4 結(jié) 語

以上為筆者根據(jù)工程實例和參考相關(guān)技術(shù)資料后總結(jié)的經(jīng)驗，如果在工程中需要用到框支剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行設(shè)計。總的來說，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層是結(jié)構(gòu)的薄弱部位，應(yīng)該慎重處理，現(xiàn)代的建筑物功能越來越豐富，不同的功能分區(qū)采用不同的柱網(wǎng)的布置，使得框支剪力墻的應(yīng)用越來越多，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計人員越來越多機(jī)會面對高難度的結(jié)構(gòu)設(shè)計難題，這就要求工程師對這種框支剪力墻結(jié)構(gòu)有更好的掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李麗.框支剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計[J].陜西建筑，2008，（5）.