框架剪力墙结构设计在高层建筑中的实例分析欧裕兴

框架剪力墙结构设计在高层建筑中的实例分析欧裕兴

欧裕兴

广东省建筑设计研究院广东广州510010

摘要：伴随着时代的发展，人们的生活水平日益提高，愈发注重对物质条件的追求，并对住房提出了更高的标准。为紧追时代发展步伐，高层建筑框架-剪力墙结构应运而生，这不仅较好地满足了人们的住房需求，还是工程建筑的巨大进步。框架-剪力墙结构凭借自身的显著优势，近年来，得到了工程设计人员的广泛关注，并被大面积应用在高层建筑中。

关键词：框架剪力墙；结构设计；结构体系

1.工程案例

本工程总建筑面积8万m2，地上面积5.3万m2，地下面积2.7万m2。其地面以上部分设置抗震缝分为三个独立的单体，分别为五星级酒店，酒店式公寓以及裙房。地下设计为二层且地下室顶板以下连为一体，该工程抗震设防烈度6度。

2.超限判定

2.1结构高度

建筑房屋总高度为85.9m，其地下2层，地上20层，标准层层高为3.8m。该楼采用框架--剪力墙结构，框架以及剪力墙的抗震等级均为三级。该楼高度没有超过A级高度最大限值。

2.2规则性

2.2.1扭转规则性

根据SATWE计算结果看，结构最大位移比为1.35，大于1.2，属于扭转不规则。

2.2.2狭长、凹凸规则性

该楼由两个长度均为30m的翼缘以及中间的交通核组成，且两侧翼缘的夹角为120度。该楼平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%，为60%，根据《建筑抗震设计规范》3.4.3条，属凹凸不规则。

2.2.3楼板连续性

标准层楼板开洞面积均小于30%，有效楼板宽度均大于50%典型楼板宽度，楼板的尺寸和平面刚度无急剧变化，不属于楼板连续性结构。

2.2.4侧向刚度规则性

酒店设置有设备层，且层高只有2.2m，而设备层以下首层高为5m，上下层高相差过大，刚度突变严重。为减小刚度突变的影响，将设备层及第三层合为一层，两层之间的楼板采用架空的预制板，且整个楼板与主体脱开。层高由原来的2.2m变为6.5m。由于第四层的层高为3.8m，通过加强第三层的刚度，使结构的侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的70%和其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。故根据《超限高层建筑工程抗震设防技术要点》规定，该楼不属于侧向刚度不规则结构。

2.2.5竖向抗侧力构件连续性

地面以上竖向抗侧力构件均无转换，不属于竖向抗侧力构件不连续结构。

2.2.6楼层承载力突变性

从SATWE计算结构看，楼层承载力之比大于0.8，不属于楼层承载力突变结构。

2.2.7结构的复杂性

本工程没有转换层、加强层、错层，故不属于复杂高层建筑。综上所述，根据《超限高层建筑工程抗震设防技术要点》的规定，该楼含有两个一般不规则项，故不属于超限建筑。

3.结构体系

3.1酒店的标准层结构布置图如图1所示

因酒店的功能要求，如全部采用剪力墙结构，不利于酒店房间的布置，故采用框架-剪力墙结构。由于平面布置造成酒店的抗扭能力较差，因此除在中间交通核部分设置核心筒外，又在该楼两端的楼梯处设置剪力墙，以此来增强抗扭刚度。

3.2裙房部分

二楼宴会厅楼面跨度为18m，属大跨度框架。因宴会厅的长宽比接近2：1，故采用单向密肋梁进行布置，间距3m左右。跨高比为1/19。宴会厅屋顶跨度为27m，屋盖体系采用钢桁架+大型屋面板的形式。方案阶段也考虑过采用型钢混凝土和预应力混凝土结构，但框架梁高为2m左右，顶部设备管道穿梁比较严重，故放弃该方案，采用钢桁架，经计算管道刚好能穿过腹杆中间的区域。桁架体系采用框排架体系，沿纵向布置钢结构桁架，钢结构桁架间设置预应力大型屋面板，计算模型采用排架结构。桁架跨度26.7m，根部高度1900mm，跨中高度2550（中线高度）。桁架腹杆以及上下弦杆均采用圆钢管。模型计算时，考虑屋面恒荷载，屋面活荷载（屋面雪荷载）两者取大值、地震作用以及风荷载作用。因处在6度区，未进行纵向抗震验算，故钢屋盖体系沿纵向分别在两侧端跨处设置了上、下弦横向水平支撑及竖向支撑，端跨以外通过水平系杆相连。计算中考虑大型屋面板对屋架上弦杆平面外稳定起一定约束作用。

4.结构构件设计

4.1框架-剪力墙中框架柱设计

因建筑对于框架柱的尺寸有严格要求，故除相应提高混凝土强度等级外，对于轴压比超过限值不多的框架柱，柱配筋可采用全高加密，箍筋间距不大于100mm且不大于纵向钢筋直径的6倍、肢距不大于200mm、直径不小于12mm时，且其1.2%，其轴压比可适当放大。

4.2框架-剪力墙中框架柱设计

4.2.1剪力墙约束边缘构件的设置

根据《高规》7.1.4条，取剪力墙墙肢总高度的1/10和底部两层二者较大值的范围作为底部加强部位，设置剪力墙约束边缘构件，此范围内全部采用箍筋。在核心筒端部设置边框柱，边框柱在剪力墙底部加强区箍筋沿全高加密，当带边框剪力墙的洞口紧邻边框柱时，其箍筋也宜全高加密。

4.2.2剪力墙墙身暗梁的设置

根据《高规》8.2.2.3条，取剪力墙墙身暗梁宽度同墙厚，暗梁高度取与该片框架梁截面等高，配筋满足相应抗震等级的框架梁最小配筋率要求。

4.3梁、板设计

4.3.1嵌固端的设计

酒店及公寓均嵌固在地下室顶板。嵌固端采用梁板结构形式，楼板厚度为180mm，混凝土强度等级为C35，采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不小于0.25%。

4.3.2酒店标准层楼板设计

酒店由两个长度均为30m的翼缘以及中间的交通核组成，在地震作用时，中间交通核属于薄弱部位，故该部位的板厚取150mm，双层双向配筋。

4.3.3泳池结构设计

泳池结构位于裙房屋面紧邻酒店的部位，池壁与主体完全脱开，并通过止水带相连。与裙房主体脱开的目的是为了不影响主体结构的计算。

5.结论

根据计算分析结果和各方面提够的建议，可以得出以下结论：

1.对于处在6度区且高度在100m以下的酒店结构，采用框架-剪力墙（核心筒）结构不论从使用功能上还是经济性上来说都是比较合理的。

2.墙柱截面尺寸及混凝土强度等级变化应错层布置，可以有效的避免因为构件刚度突变出现超筋超限现象。

3.当楼、屋面的结构跨度较大时，应优先考虑采用钢结构或预应力混凝土结构。

4.当泳池位于地面以上时，池壁最好与主体结构脱开处理，这样做的好处在于结构受力比较清晰，尤其是在地震作用下。

参考文献：

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范中国建筑工业出版社，2010

[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程中国建筑工业出版社，2010

[3]建质[2010]109号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点中华人民共和国住房和城乡建设部，2010