成 高 峰

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

談某高層框剪公寓的設(shè)計心得

成 高 峰

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

以某一高層公寓為例，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，探討了混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的技術(shù)要點，并詳細(xì)介紹了框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的問題及其處理方法，以供類似工程參考借鑒。

框剪結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計，樁基，構(gòu)造措施

1 工程概況

本工程為山西體育中心訓(xùn)練基地運動員公寓，位于山西省太原市濱河南路西側(cè)，機(jī)場大道南3 km處，場地西側(cè)為西寨村，南面為木頭場村，東南面為古寨村。本工程地下1層，地上15層，地下室層高5 m,1層～2層層高5.5 m,標(biāo)準(zhǔn)層層高3.4 m。建筑風(fēng)壓0.40 kN/m2,8度抗震設(shè)防，建筑場地類別Ⅲ類,地基基礎(chǔ)設(shè)計等級甲級，建筑抗震設(shè)防類別丙類，剪力墻抗震等級一級，框架抗震等級二級。

2 基礎(chǔ)與樁基設(shè)計

因主要液化土③層為粉土、粉細(xì)砂，為了穿透液化層故選用預(yù)制管樁。樁徑500 mm,樁端持力層置于粉、細(xì)砂層頂面。基礎(chǔ)采用柱下及墻下承臺加防水板。

3 結(jié)構(gòu)布置

1)設(shè)計基本原則。根據(jù)業(yè)主建筑使用功能的需要，考慮到本工程1層，2層為餐廳和健身中心、房屋開間較大及結(jié)構(gòu)高度的需要，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架—剪力墻體系。

2)剪力墻的布置與設(shè)計。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求，剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間平面、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大。剪力墻墻肢越長剛度越大吸收的荷載和地震力也越大，所以剪力墻不宜過長，實際設(shè)計中通過剪力墻上開結(jié)構(gòu)洞來減小剪力墻的剛度，且剪力墻宜貫通建筑物全高，避免剛度突變；結(jié)構(gòu)洞口宜上下對齊。電梯間、樓梯間及豎井通高開洞且樓梯間一般不考慮樓梯板的支承作用，該部位樓板的剛度被嚴(yán)重削弱，進(jìn)而不能通過樓板傳遞剛度，所以在樓梯、電梯間等豎井位置布置剪力墻來加強(qiáng)且最好用剪力墻圍成筒狀增強(qiáng)開洞部位的整體剛度。同時為了保證結(jié)構(gòu)有足夠的剛度來抵抗扭轉(zhuǎn)，并且使建筑剛心與平面形心盡量相吻合，應(yīng)在建筑物周邊對稱位置均勻布置剪力墻。依據(jù)上述原則及考慮到本工程1層，2層為餐廳和健身房，②軸～⑦軸間不能布置剪力墻，同時①軸～②軸交?軸處有通高玻璃幕

墻也不能設(shè)置剪力墻，上述情況致使剪力墻布置受限，所以本工程柱與剪力墻平面布置見圖1。

3)剪力墻的連梁設(shè)計。剪力墻之間的連梁雖然容許其先破壞，但實際設(shè)計中，連梁起到的作用為連接剪力墻并通過連梁分配地震力，為了連梁屈服早于墻肢屈服實現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎，計算模型調(diào)整主要是在考慮整體規(guī)則性的前提下，通過調(diào)整洞口高度加強(qiáng)連梁抗剪能力。在設(shè)計中還要注意當(dāng)連梁破壞對承受豎向荷載無明顯影響時，剪力墻可按獨立墻肢的計算簡圖進(jìn)行第二次多遇地震作用下的內(nèi)力分析。

4)樓屋面板的選型及設(shè)計。由于本工程主體結(jié)構(gòu)采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，為了能提高柱與剪力墻的協(xié)調(diào)性及整體結(jié)構(gòu)的剛度，樓板也選用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu)。結(jié)合建筑平面布局，由于建筑x向較長，為了提高結(jié)構(gòu)的橫向剛度且根據(jù)建筑平面布置，樓蓋次梁沿建筑y向布置。樓屋面板根據(jù)跨度計算板厚，其中±0.000板厚180 mm，屋面板厚120 mm，標(biāo)準(zhǔn)層板厚100 mm。

5)整體計算結(jié)果。經(jīng)PKPM計算，在規(guī)定的水平力作用下結(jié)構(gòu)底層剪力墻承擔(dān)抗傾覆力矩均在50%以上，因此按典型的框架剪力墻來決定抗震等級，同時整體結(jié)構(gòu)能夠滿足結(jié)構(gòu)側(cè)向位移、扭轉(zhuǎn)、位移比等計算指標(biāo)。在整體計算滿足要求的同時通過調(diào)整柱墻及連梁截面來杜絕超筋的情況，通過改變構(gòu)件截面及混凝土等級來調(diào)整框架柱及剪力墻軸壓比，通過改變樓板厚度及梁截面高度來滿足撓度的要求。

4 本工程設(shè)計中所遇到的問題及處理方法

1)方案選型與概念設(shè)計。根據(jù)建筑功能的要求選用經(jīng)濟(jì)性好和安全可靠性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)體系受力明確，傳力簡潔，設(shè)置多道安全防線，增加結(jié)構(gòu)整體和內(nèi)部的冗余度，引進(jìn)超靜定結(jié)構(gòu)和抗連續(xù)倒塌的設(shè)計理念同時兼顧經(jīng)濟(jì)性要求。

2)抗震等級的確定?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)在規(guī)定水平力作用下，因框架柱截面及剪力墻布置的不同從而導(dǎo)致柱與剪力墻所承受的地震傾覆力矩百分比的不同，直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震等級的選取和建筑高度適用范圍的改變。在實際設(shè)計中需要多次改變柱截面及剪力墻布置來調(diào)整地震傾覆力矩百分比，而地震傾覆力矩百分比的變化又導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震等級的改變。設(shè)計時尤其要注意地震傾覆力矩百分比的變化會產(chǎn)生4種不同結(jié)果。

3)剪力墻的布置?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中剪力墻的布置不像純剪結(jié)構(gòu)中相對容易。

框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置需要滿足許多抗震及構(gòu)造要求。在實際設(shè)計當(dāng)中需要平衡框架柱與剪力墻在整體計算中所承擔(dān)的作用，在整體計算滿足要求的情況下又會出現(xiàn)超筋及超軸壓比的問題，整個設(shè)計過程需要反復(fù)計算設(shè)計難度較大。在具體設(shè)計當(dāng)中會遇到剪力墻不能貫通建筑物全高從而導(dǎo)致剛度會發(fā)生突變的情況，當(dāng)不能避免時，為使部分剪力墻截止位置層樓板有足夠的剛度保證剪力的可靠傳遞，該層樓板應(yīng)現(xiàn)澆且厚度不宜小于160 mm,該層相鄰上層的柱應(yīng)采取有效的加強(qiáng)措施，提高其變形能力和避免柱根部過早出現(xiàn)塑性鉸。

4)計算結(jié)果及構(gòu)造措施。框架剪力墻結(jié)構(gòu)的PKPM計算除需滿足純剪結(jié)構(gòu)的計算要求外還要查看地震傾覆力矩百分比，框架總剪力等要求。在主要計算指標(biāo)中水平位移限值與舒適度相關(guān)聯(lián)，水平位移儲備大有利于防止主體結(jié)構(gòu)開裂、損壞?？蚣芗袅χ屑袅κ堑谝坏婪谰€，當(dāng)遭遇設(shè)防烈度地震作用時，剪力墻會出現(xiàn)裂縫，這時的邊框柱與樓層處的暗梁對剪力墻起到約束作用，同時也能起支承豎向荷載的作用，防止結(jié)構(gòu)倒塌，對于比較重要的建筑，底部加強(qiáng)區(qū)及以上1層～2層的暗梁宜滿足承受本層豎向荷載的要求。因上述緣故框架剪力墻中的剪力墻有端柱時，宜在樓蓋處設(shè)置暗梁。樓面梁與剪力墻平面外連接時，若樓面梁所支承的荷載面積較大，應(yīng)在支承梁的位置設(shè)置附壁柱，樓面梁不宜支承在連梁上。

5 結(jié)語

鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)因能滿足建筑大空間和建筑高度的要求是大家所常用的結(jié)構(gòu)形式，同時是由延性較好的框架、抗側(cè)力剛度較大、帶有邊框的剪力墻和耗能性能較好的連梁共同組成的一種結(jié)構(gòu)體系，抗震性能較好。結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計中要保證結(jié)構(gòu)有必要的承載能力和延性同時應(yīng)避免剛度和承載力突變，整體設(shè)計要設(shè)置多道防線，對可能出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)采取有效的加強(qiáng)措施。

[1] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JGJ 94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

On design for some high-rise frame-shear apartment building

Cheng Gaofeng

(ShanxiArchitecturalDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

Taking some high-rise apartment building as the example, the paper explores the attentive technical points in the concrete frame-shear wall structural design according to related regulations, and mainly introduces problems and treatment methods in the frame-shear structural design, so as to provide some reference for similar projects.

frame-shear structure, anti-seismic design, pile foundation, structural measure

2015-03-09

成高峰(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)14-0041-02

TU973.16

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