成都某商住楼框支剪力墙结构设计重难点分析

成都某商住楼框支剪力墙结构设计重难点分析

陈佳

中国建筑西南勘察设计研究院有限公司610000

摘要：本文以成都某商住楼为例，对框支剪力墙结构的特点、结构布置、抗震等级确定、转换构件等设计重难点进行探讨，并提出相关注意事宜。

关键词：商住楼；转换层；框支剪力墙；沉降差；高位转换；超限高层建筑工程

随着社会的快速发展，人类对于建筑的样式和功能有着更为多元化的需求，商住一体化建筑应然而生，其中以框支剪力墙结构形式最为典型。这类建筑下部为大开间，能满足商场、商店、商务、娱乐等功能要求，其上部则一般为开间相对较小的住宅。本文以成都某商住楼框支剪力墙结构为例，对此类建筑结构设计的重难点加以分析。

一、工程概况

1.1基本概况

某高层商住楼，位于成都市区，建筑抗震烈度为7度，场地为Ⅱ类场地，特征周期0.45s，基本风压0.3KPa，建筑抗震设防类别为丙类建筑，本单体工程地下三层（含人防地下室）、地上三十层，建筑面积为24899.84m2，建筑长39.7m，宽28.4m，高98.5m，各层层高详表1；其中地上一层到四层为大空间商场、商店、商务、娱乐等用房，五层及以上均为住宅，其中第五层为转换层，如图1、图2所示结构平面布置图。经过多项工程经验对比，综合考虑工程造价、结构受力情况、施工周期与难易程度等多种因素，本单体工程采用传力明晰直接、途径清晰顺畅的转换梁作为水平转换构件。

图1五层转换层结构平面布置图图2标准层结构平面图

1.2抗震等级

本单体工程为较复杂高层建筑，含人防地下室，且属于高位框支转换结构，依据规范要求，综合考虑抗震设防类别、抗震设防烈度、结构类型、房屋高度等因素，结合抗震性能设计的要求，确定出各部位分区结构构件抗震等级详表2。由表2中可清晰看出，框支剪力墙结构中，底部加强部位的剪力墙、框支框架的抗震等级明显高于其他部位及其他构件，而其他部位及构件的抗震等级则逐渐降低。

注：本表中某楼层对应的剪力墙、框支柱、框架柱分别指本层楼板（基础）顶面至相邻上一层楼板顶面的剪力墙、框支柱、框架柱；某楼层对应的框支梁、框架梁分别指本层楼板顶面标高处框支梁、框架梁。

二、结构布置与计算

2.1平面与竖向布置

本单体工程建筑布局为塔楼带裙房形式，整体平面呈矩形布置，局部有凹凸，体型偏复杂。为减少工程的复杂程度，减小设计的难度及工作量，使其界定为不属于抗震设防超限高层建筑工程，避免抗震超限专项审查带来的诸多问题，则需从尽可能减少工程的不规则程度、减少或消除超限程度着手考虑，其中主要则是减少平面和竖向的不规则性。由于本单体工程为框支剪力墙结构，竖向抗侧力构件不连续已属于一项不规则，根据建筑布局，经初步计算，结构的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则，因此如果再出现一项不规则，则本工程需要进行抗震超限审查。根据相关规范及标准，则需要控制其他的结构不规则情况，如控制平面凹凸尺寸、平面长宽比、楼板局部的连续性、竖向尺寸突变、侧向刚度不规则、楼层承载力突变、塔楼与大底盘质心的偏心距等。对于前四点不规则项，需要前期结构专业配合，建筑方案阶段时就充分控制这些指标，对于后面三点不规则项则主要需结构专业从结构布置及结构计算方案本身着手考虑。

2.2结构计算要点

对于高层框支剪力墙结构，结构整体分析时不仅需要满足普通高层结构计算分析所需满足的轴压比、剪重比、刚度比、位移比、周期比、刚重比、层间受剪承载力之比等多项参数指标，还需满足特定的参数，如控制框支柱与相邻落地剪力墙的距离，高位转换结构等效侧向刚度比、严格控制框支框架承担的地震倾覆力矩。

在风荷载和水平地震作用下，为减小转换层上、下结构的侧向刚度差，减小转换层上、下结构构件的内力突变，避免形成薄弱层并可能导致部分构件提前破坏，强调转换层上、下两个计算模型的侧向刚度相近，应遵循《高层建筑混凝土结构技术规程》附录E的相关规定，采用不同计算方法对比分析，减小刚度比计算的不确定性，采取包络设计方法，确保转换结构的抗震性能并确保结构安全。本单体工程控制裙房的跨数在两跨以内且不大于20m，同时将地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，能避免本单体工程与其他栋塔楼形成多塔楼结构，也能有效地减小塔楼与大底盘质心的偏心对结构计算的不利影响。根据本工程特点，在不改变结构整体变形和受力特点的前提下，在结构整体计算时，可对框支梁进行了适当的简化处理；同时，对框支梁也采用了专门计算程序FEQ进行补充计算，即采用重力荷载下不考虑上部结构共同工作的计算模型，以确保其承受重力荷载（可按标准值）的能力。

三、主要结构构件设计重难点

3.1落地剪力墙

在框支剪力墙结构中，由于落地剪力墙与框支柱之间巨大的刚度差，在水平荷载作用下，落地剪力墙作为第一道防线，几乎承担了全部地震剪力。为满足强剪弱弯的要求，放大其剪力设计值，实现强墙根，及延缓墙底出现塑性铰出现的时间。本单体工程中除人防墙厚度为300mm外，其它落地剪力墙厚度为200、500、600、700mm不等，抗震等级为特一级、一级及二级。本工程落地剪力墙设计，除按规范要求设置边缘构件、暗柱，并配置足够的竖向和水平钢筋，且满足钢筋的锚固和连接的相关要求；为增强结构整体性，减小因平面布置产生的偶然偏心的影响，提高抗震性能，还采取了以下加强构造措施：（1）对转换层以下楼层的剪力墙在楼层标高处设置500mm高暗梁（连梁位置除外）；（2）凡是未另设边框梁时在转换层及转换层以下楼层标高处的剪力墙内分别设置500mm（墙厚200mm）、700mm（墙厚300mm）、900mm（墙厚500、600、700mm）高暗梁。

3.2转换柱

转换柱指转换构件以下并与转换构件相连的框架柱，其高度为转换构件顶面至基础顶面，框支柱属于一种特殊的转换柱。地震力作用下，框支柱作为框支剪力墙结构第二道防线，是重要结构构件，受力大，破坏后果严重。实验研究表明，随着地震作用的增大，落地剪力墙开裂、刚度降低，框支柱承受的地震作用逐渐加大，应采取严格的构造措施。本单体工程中所用框支柱截面尺寸主要为800～1900mm不等，抗震等级为特一级、一级及二级，大多剪跨比相对较小、轴压比相对较大，为保证框支柱的延性，对剪跨比不大于2的柱沿柱全高采用井字复合箍12@100、且肢距不大于150mm。

3.3转换梁

由于转换构件一般为偏心受拉构件，研究表明：转换梁截面受拉区域很大，甚至可能是全截面受拉，因此，加强转换梁顶部通长钢筋及两侧腰筋的配置十分重要。转换梁受力复杂且属于特别重要的结构构件，规范对其配筋提出了比一般框架梁更高的要求。本单体工程中框支梁截面主要宽度为600～1000mm，高度为1800～2200mm，沿梁腹板高度配置间距不大于200mm、16腰筋，箍筋主要采用全长加密且肢距不大于200mm12@100的复合箍、局部采用14@100的复合箍，纵向钢筋主要采用25、28，且上、下纵向钢筋的配筋率均适当提高0.2%～0.5%以上。鉴于转换梁受力情况和重要性，在对其的设计上除了按结构分析配置钢筋外，通过加强配筋等构造措施，使其保持相对较大的安全储备，是合理可行的，也是必要的。

3.3转换层楼板

框支剪力墙结构中，转换层作为其上部与下部结构的分界，框支转换层楼板则是重要的传力构件，上部结构不落地的剪力墙需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，为保证楼板能可靠传递面内相当大的剪力及弯矩，规范对转换层楼板截面尺寸、抗剪截面验算、楼板平面内受弯承载力验算以及构造配筋等作出了相关要求。本单体工程转换层楼板采用C30混凝土，厚度为180mm，双层双向配筋10@150，配筋率比规范规定的0.25%稍稍提高至0.29%。同时，适当加大转换层相邻楼板的厚度及配筋率，为减小转换层相邻上下楼层的刚度差，转换层上一层采用120mm厚楼板，转换层下一层则采用110mm厚楼板，且楼板钢筋双层双向拉通配置，楼板中钢筋与边梁或墙体也应有可靠的锚固。

四、地基基础设计

本单体工程位于成都平原，地势平坦，塔楼采用筏形基础，多层裙房采用柱下独立基础加抗水板的形式，基础持力层均为稍密卵石层，地基承载力特征值不小于350KPa。由于地下室层数较多，基础埋置深度较大，经过修正后的地基承载力特征值能达到800KPa，完全能满足本工程基础设计的承载力要求。为减小主楼的不均匀沉降，保证落地剪力墙基础有良好的整体性和抗转动的能力，采用整体性较好的平板式筏形基础；同时，为减小主楼与裙房的沉降差，在主楼和相邻裙房的第一跨内设置800mm宽的沉降后浇带。

五、结语

综上所述，框支剪力墙结构设计的重难点主要为以下几点：（1）根据建筑功能要求，结构平面与竖向布局应尽量简单、规则，适应性的调节转换层刚度。检查转换层层间位移均匀与否。（2）设计的重点除严格控制各种简化模型的整体控制参数外，转换构件的设计应重点考虑。（3）从宏观角度，准确把握结构薄弱部位可能引起的抗震风险；并利用工程设计软件建模，进行综合对此计算，从而制定最合理的结构设计方案。另外，在设计过程中应查阅相关数据及相关工程案例，不断比较、不断修改调整，最终做出最佳的设计。

参考文献：

[1]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析GB50011-2010.中国建筑工程出版社，2013年1月第一版.

[2]杨振宇.某高层商住楼框支剪力墙结构设计案例研究[J].中国新技术新产品，2013，14：102-103.

[3]葛亚雅.浅谈高层住宅框支剪力墙建筑结构设计[J].住宅产业，2013，07：35-36.

[4]梁睿.高层建筑工程框支剪力墙结构设计[J].江西建材，2015，15：42+45.