王宇

（中國建筑東北設計研究院有限公司，沈陽110006）

半山公館高層框支剪力墻公寓結構設計

王宇

（中國建筑東北設計研究院有限公司，沈陽110006）

半山公館高層公寓是半山公館住宅小區(qū)中的一棟臨街高層建筑，其結構形式采用框支剪力墻結構。本文以該工程實例為基礎，結合結構規(guī)范相關規(guī)定和結構計算軟件SATWE的操作方法，比較詳細的介紹了框支剪力墻結構房屋的設計思路和方法，其中包括了結構整體計算分析、轉換層剛度比控制、框支框架的設計等結構設計中的重點和難點內容。

框支剪力墻；框支柱；轉換梁；無粘結預應力樓板

1　工程概況

半山公館住宅小區(qū)位于鐵嶺市銀州區(qū)繁華地段，臨街部分由2棟高層和4層框架結構的商業(yè)網(wǎng)點組成。三者地下部分相連，均為地下車庫。1棟高層是高檔寫字樓，采用框剪結構；另1棟高層是高檔公寓樓，采用框支剪力墻結構。2棟高層塔樓與4層商業(yè)網(wǎng)點在地上部分采用抗震縫分開，結構獨立設計，避免結構超長和扭轉問題。同時沒有采用大底盤雙塔的結構形式，能分別確定塔樓和裙房的抗震設防標準，經(jīng)濟合理。三者地下室部分作為一個整體，未設縫分開，采用施工后澆帶分段施工，整體澆筑。

這里，我們主要介紹框支剪力墻高層公寓的結構設計。高層公寓地上共26層，房屋高度：91.250m，標準層層高3.2m，地下室層高：6.150m。由于公寓底部4層也作為商業(yè)網(wǎng)點，需要較大使用空間，所以采用框剪結構。4層頂為結構轉換層；轉換層以上公寓部分采用大開間剪力墻結構。公寓部分的設備轉換層設置結構轉換層上部夾層。轉換層上一層層高比標準層加高500mm，地面上做設備夾層，采用磚地壟墻鋪預制板的形式。這種做法僅增加了結構荷載，不影響結構整體剛度計算。轉換層上一層層高加高在一定程度上減小了轉換層上下剛度突變的不利影響，有利于結構從網(wǎng)點到公寓標準層的剛度均勻過渡。

圖1　建筑剖面圖

2　結構整體受力分析

2.1基本自然條件和設計標準

設計使用年限：50a，結構重要性系數(shù)：r。=1.0；

抗震設防烈度：7度，設計基本地震加速度：0.10g；設計地震分組第1組；

場地土類別：II類，場地特征周期：0.35s；

地面粗糙度：C類；

基本風壓：WO=0.45kN/m2（大于60m，按100a風壓）；

基本雪壓：0.55kN/m2；

標準凍深：1.20m；

1.結構抗震等級確定

房屋高度H=91.250m，結構形式：框支剪力墻結構，屬于A級高層，按《高規(guī)》第4.8.2條確定結構的抗震等級見表1。

根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（以下簡稱：高規(guī)）第10.2.5條底部帶轉換層的高層建筑結構的抗震等級應符合本規(guī)程第4.8節(jié)的規(guī)定。

表1　結構的抗震等級

圖2　1～3層網(wǎng)點層結構平面圖

圖3　轉換層結構平面圖

結構底部4層核心筒剪力墻落地，墻體加厚至500mm，并且增加了兩片橫向墻體，提高底部橫向結構剛度（見圖2）。墻、柱混凝土強度等級：C50。樓蓋采用主次梁樓蓋形式，一般樓板厚120mm。轉換層樓板厚200mm，轉換層下一層樓板厚150mm。

轉換層上部剪力墻布置按大開間布置原則，墻體拉通對齊，傳力明確，避免了次梁托墻轉換的復雜形式（見圖3）?；炷镣鈮穸?00沿高度收至250mm，內墻厚度由350mm沿高度收至200mm。剪力墻混凝土強度等級：C45～C30。公寓層樓板厚度200mm～220mm，采用無粘結預應力混凝土樓板。結構整體計算時，地面及隔墻荷載以恒荷載形式均布在樓板上。

SATWE建模分析結果見表3。對部分框支剪力墻結構，當轉換層的位置設置在3層及3層以上時，其框支柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級尚宜按本規(guī)程表4.8.2、表4.8.3的規(guī)定提高一級采用，已經(jīng)為特一級時可不再提高。本工程轉換層在4層，屬于高位轉換，因此按10.2.5條提高后的抗震等級見表2。

剪力墻底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。剪力墻底部加強部位的高度取底部-1層～6層，地上高度26.90m。

2.2結構建模計算和結果分析

結構的整體分析及構件的配筋設計均采用PKPM系列軟件—SATWE程序。各層結構平面布置如下圖2～圖4所示。

表2　提高后的抗震等級

圖4　公寓層結構平面圖

結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比：T3/T1=0.811<0.9；結構第一、二周期均為平動，無明顯扭轉效應；XY方向有效質量系數(shù)均大于0.9，滿足《高規(guī)》要求。結構最大層間位移均小于1/2000，結構有很好的側向剛度。結構第5層，即轉換層位薄弱層，薄弱層地震剪力放大系數(shù)：1.15。

3　轉換層和框支框架設計

3.1轉換層剛度比控制

《高規(guī)》附錄E.0.2：對于轉換層位置大于1層的，采用轉換層的上部結構與帶轉換層的下層結構等效側向剛度比宜為1，抗震設計時不應大1.15于1.3。在satwe軟件采用“彎剪剛度”層剛度比計算方法得到以下計算結果。

《高規(guī)》附錄E.0.2：當轉換層設置在3層及3層以上時轉換層本層側向剛度不應小于相鄰上一層樓層側向剛度的60%。在SATWE軟件采用“地震剪力與地震層間位移的比”層剛度比計算方法計算層剛度，計算結果及剛度比見下表5。

本工程轉換層的上部結構與帶轉換層的下層結構等效側向剛度比接近1，轉換層與上層X和Y方向側向剛度比均大于0.6，均能滿足《高規(guī)》附錄E.0.2的相關要求。

表3　SATWE建模分析結果

表4　高位轉換時轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比

表5　計算結果及剛度比

3.2框支框架設計

框支剪力墻房屋結構設計的難點集中在轉換層的轉換構件設計上。本工程的框支柱，轉換梁的計算除采用SATWE軟件分析，還采用框支剪力墻分析模塊FEQ對框支梁和上部墻體進行了補充驗算，薄弱部位加強了配筋。

高位轉換對抗震不利，特別是部分框支剪力墻結構。本工程框支柱按4.8.2條提高一級抗震等級，按特一級設計?？蛑е思用軈^(qū)最小配箍特征值λv應按《高規(guī)》4.9.2條（特一級混凝土構件規(guī)定）要求，比表6.4.7的λv數(shù)值增大0.03采用，且箍筋體積配箍率不應小于1.6%，于是：

λv=0.15+0.03=0.18，

ρv≥λvfc/fv=0.18×23.1/300=0.01386=1.386%，本工程應取ρv≥1.6%

全部縱向鋼筋最小構造配筋百分率取1.6%。柱箍筋全高加密（框支柱配筋見圖5）?？蛑е钠渌拐饦嬙齑胧┌匆患壙拐鸫胧?/p>

圖5　框支柱配筋圖

本工程轉換梁截面寬度：1200mm～1600mm，梁高：2200mm～2600mm。框支梁剪力很大，原因是公寓層沿核心筒布置走廊（見圖3），剪力墻開洞位置靠近框支柱，對框支梁設計十分不利。在框支梁高度受到限制，門洞口下方又不能加腋的情況下，只能加大梁截面寬度，提高抗剪能力（框支梁配筋見圖6）。

轉換層樓板板厚200mm，雙層雙向配筋，每方向配筋率均大于0.25%。板正負鋼筋均按受拉錨固在梁（墻）內。轉換層下一層板厚150mm，上一層預應力板厚度200mm～220mm，均采用雙層雙向配筋，并適當加強了配筋。

4　結語

1）框支剪力墻結構應合理控制房屋剛度。在結構轉換層剛度比滿足《高規(guī)》要求的的前提下，應弱化上部結構，即轉換層上部剪力墻盡量優(yōu)化，減少墻片數(shù)量，集中布置較長墻片，剛度適中。墻片少而集中有力于結構轉換。

圖6　框支梁配筋圖

圖7　轉換梁鋼筋綁扎

2）墻體洞口應盡量避開轉換梁端部區(qū)域，否則轉換梁端部出現(xiàn)剪力過大，超筋現(xiàn)象。解決梁端剪力過大的問題，一般在梁端洞口處加腋處理，或加大梁截面（梁寬或梁高）；如采用型鋼混凝土轉換梁也能有效提高轉換梁的截面抗剪承載能力。

3）本工程轉換梁截面大，鋼筋密集，因此轉換梁施工中支模，鋼筋綁架和混凝土澆筑難度很大。在結構設計中，轉換梁的布筋應適當增大間距，便于梁混凝土振搗。在設計交底中，設計者應協(xié)助施工單位解決支模，鋼筋綁扎，混凝土振搗，關鍵節(jié)點處理等難點問題，保證轉換梁的順利施工。

4）預應力樓板厚度較大，一般在150mm～ 250mm之間，因此樓板在外墻支座處會產生較大負彎矩。在外墻墻肢和外邊梁的設計中應計入預應力板負彎矩的不利影響。外墻肢厚度不宜小于250mm，墻肢豎向鋼筋應適當加強。外邊梁考慮抗扭，加強梁箍筋及腰筋。

5）框支剪力墻結構房屋屬于抗震不利的結構形式，抗震措施的提高勢必會造成整個建筑的土建成本增加。因此在前期建筑方案階段，結構專業(yè)應提早介入，綜合考慮建筑功能、土建成本、施工難度等多方面因素提出合理建議，優(yōu)化結構方案。在可能的條件下，可采用避免轉換的其它結構方案（如：短肢墻結構）與結構轉換方案進行對比分析，選擇最佳結構方案。

[1]SATWE用戶手冊及技術條件，中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部，2011.

[2]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[3]GB50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范應用與分析[S].

[4]李國勝.多高層混凝土結構設計中疑難問題處理及算例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

TU398+.2

C

1673-1093（2015）12-0066-04

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.015

王宇（1981），工程師，就職于中國建筑東北設計研究院有限公司，研究方向：建筑結構。

2015-07-23；

2015-08-06