褚薇

摘要：隨著高層建筑高速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝體型復(fù)雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，因而相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式也復(fù)雜多樣。文章主要結(jié)合某工程實(shí)例，針對高層住宅的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算等幾方面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了研究，從中不斷地提升建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、耐久性及安全性。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；上部結(jié)構(gòu)；框支柱設(shè)計(jì)

1 工程概況

某工程采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，地下1層，地上33層，建筑高度為99.70m。地下室作為停車庫，1～3層為商場；第4層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層；5層及以上為住宅樓。當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度為6度，場地土類別為Ⅱ類；按100年重現(xiàn)期計(jì)算的基本風(fēng)壓值0.35kN/㎡，地面粗糙度C類。

2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1抗震等級的確定

根據(jù)建筑平面使用功能要求，采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)換形式為梁式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換梁板位于4層頂，為高位轉(zhuǎn)換層建筑?？拐鸬燃墳榭蛑Э蚣芤患墸袅Φ撞考訌?qiáng)部位一級，剪力墻非底部加強(qiáng)部位三級。建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年。

2.2 上部與下部結(jié)構(gòu)的調(diào)整

本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)在于根據(jù)建筑功能要求設(shè)置的設(shè)備層層高僅為3m，使得轉(zhuǎn)換層的側(cè)向剛度均較大于相鄰以下三層和相鄰上層的側(cè)向剛度，從而在結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中需解決以下問題：

2.2.1 如何使高位轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比滿足《高規(guī)》附錄E的要求；

2.2.2 一層～三層的各層側(cè)剛度比（本層側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值）需滿足《抗規(guī)》表3.4.3-2規(guī)定；

2.2.3 經(jīng)計(jì)算分析，最大轉(zhuǎn)換梁截面為1300x2500，最小為1000x2000，形成框支柱的剪跨比小于1.5。根據(jù)《高規(guī)》第6.4.2條注3，剪跨比小于1.5的柱，其軸壓比限值應(yīng)專門研究并采取特殊構(gòu)造措施。

由于本工程的一層～三層作為商場，業(yè)主要求盡可能的減少上部住宅的落地剪力墻數(shù)量，以保證使用空間，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增大難度。為保證主體結(jié)構(gòu)豎向剛度均勻，使轉(zhuǎn)換層上下剛度接近，避免剛度突變形成薄弱層并且滿足《高規(guī)》附錄E第E.0.2條和公式規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)等效側(cè)向剛度比宜接近1.0且≤1.3。因此采取以下措施解決上述的問題，具體措施包括以下幾個(gè)方面：

（1）轉(zhuǎn)換層上部在剪力墻滿足《高規(guī)》規(guī)定的各項(xiàng)控制參數(shù)前提下，盡量減少數(shù)量，增大結(jié)構(gòu)洞口，降低連梁高度，以減少上部樓層的側(cè)向剛度。

（2）與業(yè)主和建筑專業(yè)協(xié)商降低一～三層的層高，由原層高5.1m，4.2m，4.2m改為4.8m，3.9m，3.9m；以增大轉(zhuǎn)換層下部各層的側(cè)向剛度。

（3）增大轉(zhuǎn)換層以下各層墻體厚度。轉(zhuǎn)換層以下各層均按一層厚度取值為350～450mm厚，轉(zhuǎn)換層減小為300mm厚，上部為200～250mm厚，避免剛度突變；在一～三層周邊將部分磚墻改為剪力墻（新增，與上部剪力墻不對應(yīng)）以提高剪力墻的數(shù)量并增大側(cè)向剛度。

經(jīng)調(diào)整后，轉(zhuǎn)換層上、下剛度比均滿足《高規(guī)》附錄E的要求；一～三層的各層側(cè)剛度比亦滿足《抗規(guī)》表3.4.3-2規(guī)定。

2.3 設(shè)備轉(zhuǎn)換層的設(shè)置

為避免出現(xiàn)剪跨比小于1.5的框支柱，對設(shè)備轉(zhuǎn)換層的設(shè)置提出多個(gè)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比較：

設(shè)備轉(zhuǎn)換層采用輕鋼結(jié)構(gòu)體系，在主體結(jié)構(gòu)完成后再施工；不考慮該層參與主樓的整體計(jì)算分析。則轉(zhuǎn)換層的實(shí)際層高為6.9m。經(jīng)計(jì)算分析，轉(zhuǎn)換層的側(cè)向高度在保證建筑功能要求的前提下無法滿足 《高規(guī)》附錄E第E.0.2條中 “當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置第二層以上時(shí)，計(jì)算的轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6”。

直接加高設(shè)備層層高為4.6m以滿足框支柱剪跨比大于等于1.5。這樣，建筑總高度大于100m，無法實(shí)現(xiàn)。

確定設(shè)備轉(zhuǎn)換層層高為3m。對剪跨比小于1.5的框支柱采取特殊構(gòu)造措施。這樣，最終采用方案。

由于目前國內(nèi)并沒有對剪跨比小于1.5的框支柱進(jìn)行專門研究的規(guī)范和資料，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用幾點(diǎn)措施來提高框支柱的抗震性能和延性：（1）軸壓比限值降0.1，對于一級抗震的框支柱取0.5；（2）框支柱截面中部設(shè)置芯柱；（3）在框支柱內(nèi)增設(shè)交叉斜筋；（4）增大框支柱的配筋率和配箍率。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

通過采用SATWE和PMSAP兩個(gè)不同力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力位移計(jì)算分析，計(jì)算時(shí)按結(jié)構(gòu)不規(guī)則且同時(shí)考慮雙向地震作用和平扭藕連計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算——根據(jù)建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用了兩組記錄地震波和一組人工模擬地震波進(jìn)行計(jì)算對比。

剛重比大于1.4，能夠通過《高規(guī)》第5.4.4條的整體穩(wěn)定驗(yàn)算；

剛重比大于2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。

通過以上數(shù)據(jù)顯示，計(jì)算結(jié)果正常，各項(xiàng)參數(shù)均滿足《高規(guī)》條文要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能達(dá)到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

4 框支柱設(shè)計(jì)

框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性，對其軸壓比應(yīng)嚴(yán)格控制。

4.1 該工程框支柱抗震等級為一級，軸壓比不得大于0.6，對于部分因截面尺寸較大而形成的短柱，不得大于0.5。柱截面延性還與配箍率有密切關(guān)系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱大得多。箍筋不得小于φ10@100，全長加密，且配箍率不得小于1.5%。

4.2 在工程中，個(gè)別框支柱還兼作剪力墻端柱，所以還應(yīng)滿足約束邊緣構(gòu)件配箍特征值不小于0.2的要求，折算成配箍率（C55混凝土）即為1.82%?？蛑е鶠榉浅Ｖ匾臉?gòu)件，為增大安全性，對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應(yīng)的增大系數(shù)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的30%。因?yàn)槌绦蛴?jì)算時(shí)，一般假定樓板剛度無限大，水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配，底部剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，使得框支柱分配的剪力非常小。然而考慮到實(shí)際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降，框支柱剪力會(huì)增加，因而對框支柱的剪力增大作了單獨(dú)規(guī)定。

5 結(jié)束語

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人們對高層建筑的功能要求趨向于多樣化、綜合化和全面化。為較為最常見的形式以上部為小開間的民用住宅，下部為大開間的商場或公共娛樂場所。從建筑功能上看，高層建筑上部需要較多的墻體來分隔空間以滿足住宅戶型的需要；而下部則希望有較大的自由靈活空間，大柱網(wǎng)、少墻體，以滿足公共使用要求。然而，按照這樣的建筑形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)，上部墻體多而密，下部柱網(wǎng)少而稀，即剛度上大下小。這與常規(guī)的結(jié)構(gòu)豎向布置的原則正好是相反的。為了滿足建筑要求就必須在上下不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。于是，帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)孕育而生，并在近年來得到較為廣泛的應(yīng)用。

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