盧長福

（南昌軌道交通設(shè)計研究院有限公司， 江西 南昌 330038）

1 工程概述

某高程建筑的總占地面積約為 3000m2，總建筑面積為 30000m2，其中包括地上5層，地下2層。該建筑整體結(jié)構(gòu)形狀并不規(guī)則。建筑安全等級為二級。建筑基礎(chǔ)由大直徑錘擊沉管灌裝柱與樁筏共同組成。建筑建設(shè)地點屬于高風(fēng)壓地區(qū)，抗震防裂強度為7級。基本風(fēng)壓值為0.81kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)體系的確定

設(shè)計過程中根據(jù)甲方要求以及相關(guān)規(guī)定的設(shè)計要求，該工程定位為高端住宅區(qū)。建筑底層用來作為酒店運營用房，并對其進(jìn)行架空。并且要講室外景觀引入建筑中去。所以建筑剪力墻的位置就需要嚴(yán)格的設(shè)計與控制。并且，上部建筑需要保持房屋的方正。通過技術(shù)人員反復(fù)討論決定，該項目需要采取框支剪力墻來滿足甲方提出的相應(yīng)需求。該項目的轉(zhuǎn)換層設(shè)在了 2層，并且選用箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)解決上部分墻體無法落在地面或者框支梁上的問題，箱型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高度為235cm。轉(zhuǎn)換層整體的剛度通過箱體得到了有效的增加，并且框支架的抗扭性能會被箱體上下的層板進(jìn)行加強。

為了將建筑結(jié)構(gòu)的剛度控制在較為合理的范圍內(nèi)，并保證建筑的抗震性和抗風(fēng)性符合實際需求。就要配合建筑功能合理設(shè)計建筑中的抗側(cè)力構(gòu)建的布置情況，并保證讓核心筒剪力墻落地。設(shè)計過程中，可以對建筑外圍或較為突出的部分設(shè)計厚度為80cm左右的L型剪力墻以防止獨立框的直角柱外露。設(shè)計者在設(shè)計過程中也可以采取讓處于建筑中部位置的剪力墻落地的方式來保證設(shè)計符合相關(guān)建筑的設(shè)計規(guī)范以及剛度比的要求。

3 分析計算

3.1 合理選擇設(shè)計計算程序

本文討論的工程建設(shè)項目為高層建筑結(jié)構(gòu)。在對該項目進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，可以選用SATWE程序和實體單元模型的ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行設(shè)計分析計算。目前來說，這兩個程序是國內(nèi)十分常用的剪力墻設(shè)計計算軟件。

3.2 程序使用注意事項

①框支柱和框支梁需要在程序平面輸入是進(jìn)行人工指定，這樣做可以有效保證準(zhǔn)確進(jìn)行轉(zhuǎn)換構(gòu)建指定工作。并且設(shè)計計算程序要符合行業(yè)規(guī)定的要求。計算發(fā)生水平地震時建筑物轉(zhuǎn)換構(gòu)建內(nèi)力的時候，應(yīng)該對計算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟆?/p>

②設(shè)計這應(yīng)該首先分析建筑的實際情況，并分析確定剪力墻之間的連接梁是哪個，同時對連梁或定框架梁進(jìn)行指定，設(shè)計過程中對于剪力墻相交的一端或兩端的量應(yīng)該默認(rèn)為連梁。設(shè)計過程中應(yīng)該先折減量的剛度后在進(jìn)行內(nèi)力計算，當(dāng)連接梁的設(shè)計跨度相比較大的時候，框架與梁的受力模式大致相同。所以在這種情況下，可以將這種梁以人工的方式定義為框架梁，以達(dá)到對結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行準(zhǔn)確計算的目的。

③在設(shè)計過程中會遇到一字型墻肢和平門外方向流氓的連接梁相連接的情況，設(shè)計者可以對梁與墻相交的地方采取鉸接的方式達(dá)到抵抗梁端彎矩對墻體造成不利影響的目的，這樣做也可以有效降低梁對墻體作用的平門外彎矩。

④根據(jù)項目實際需求與情況進(jìn)行計算時運用程序軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的首要原則。對于該項目，可以將底層凈高和二分之一箱體高度相加的得到的和作為底層計算高度。而直接將底層層高作為計算高度的方式，會在計算底層高度的過程中忽略箱體兩層底板的作用，這樣就導(dǎo)致了計算結(jié)果與實際情況偏低的問題出現(xiàn)。而加大構(gòu)建截面積的方式可以有效保證側(cè)面剛度并使其符合規(guī)范要求。但這種措施在一定程度上會對材料造成浪費。

⑤設(shè)計過程中要保證結(jié)構(gòu)中剪力墻受到的荷載能夠有效地順利的傳遞到相應(yīng)構(gòu)件上。設(shè)計者應(yīng)該在直接安裝在箱板的剪力墻的下面設(shè)置尺寸合理的暗梁。這種措施可以有效明確墻體傳送荷載的重要途徑。設(shè)計計算程序會自動分析支柱與剪力墻距離較近的時候，將柱節(jié)點標(biāo)注在剪力墻下段節(jié)點處，而墻體本身承載的荷載就會傳遞給柱子。所以梁體內(nèi)力的分析結(jié)果就會出現(xiàn)問題。設(shè)計者可以通過采用對墻肢下段合理的地方設(shè)置附加節(jié)點的方式來保證墻肢所受和在理有效作用在梁上。

4 結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)果

筆者選擇了該項目中一棟結(jié)構(gòu)計算結(jié)果最不利建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，具體的計算結(jié)果如下圖。

圖1 計算結(jié)果示意圖

計算中采用的地震波由中國建筑研究院提供。由計算結(jié)果可以了解到，加速度峰值為 50m/s2時可以導(dǎo)致地面運動。筆者通過彈性時程分析法和振型分析方法對該結(jié)果進(jìn)行了驗證，驗證結(jié)果表明幾種計算方式的結(jié)果是相同的。

5 設(shè)計框支層結(jié)構(gòu)

5.1 設(shè)計剪力墻

在設(shè)計方案中，核心筒落地剪力墻的厚度尺寸定為41cm，且該建筑四周均設(shè)計布置了厚度為80cm左右的L型剪力墻。0.49MPa為墻肢軸壓的設(shè)計上線，這樣做對混凝土的延性具有提升作用，并且可以有效改善混凝土受壓性能。在設(shè)計過程中，配筋率、墻體水平和數(shù)值方向布筋均要嚴(yán)格準(zhǔn)守相關(guān)要求，并且要對剪力墻中進(jìn)行約束的構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核相關(guān)規(guī)定要求的設(shè)計。1.3%是邊緣約束構(gòu)件走向配筋率的最低要求。在軟件中，筆者將短墻的數(shù)據(jù)控制為長厚比低于4.9m，并對計算結(jié)果進(jìn)行驗證，通過計算，不同計算方法的計算結(jié)果是相同的。

5.2 設(shè)計框支柱

根據(jù)規(guī)范要求以及實際建設(shè)需求可知，改項目涉及框支柱需要達(dá)到一級的抗震等級要求，0.65MPa是該軸壓的比值。通過設(shè)計計算及驗證計算可以了解到，這部分框支柱的受力情況總體來說非常均勻。軸壓比值范圍在0.42～0.53MPa之間。所以，改箱型轉(zhuǎn)換層下框支柱具有良好的變形一致性。通過對柱子實際縱筋配備情況對框支柱剪力設(shè)計情況進(jìn)行驗證計算，并對使用放大系數(shù)對計算結(jié)果進(jìn)行處理可知，剪壓比能夠有效控制在0.16MPa以下，箍筋方面涉及到的體積配筋率最低可以保證在1.6%以上，同時柱子縱向鋼筋配筋率也可以保證處于1.20%以上。設(shè)計框支柱具體設(shè)計參數(shù)能夠達(dá)到這些要求，就可以有效保證強剪弱彎和支柱的可延性。

5.3 設(shè)計箱型轉(zhuǎn)換層樓板

對于箱型轉(zhuǎn)換層，箱體上下層板設(shè)計厚度為 22cm，箱體高度設(shè)計參數(shù)為235cm。筆者使用ANSYS軟件對箱體上下板層所受到的內(nèi)力進(jìn)行了分析計算，計算結(jié)果表明箱體下層板在不同荷載的作用下均處于受拉的應(yīng)力環(huán)境，平均拉力數(shù)值為2.2MPa，而上層板處于平均壓力為1.22MPa的受壓狀態(tài)。

6 總結(jié)

本文通過對實際工程的高層建筑箱型轉(zhuǎn)換層框支剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析，了解的如何確定出科學(xué)可行的設(shè)計方案，并且也明確了如何根據(jù)設(shè)計方案對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行布局。通過設(shè)計軟件或不同設(shè)計方法對設(shè)計成果也均進(jìn)行了驗證，驗證結(jié)果均可以表明該建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計處于合理的狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計結(jié)果和驗證結(jié)果以及相關(guān)的分析工作我們可以了解到，該項目采用的高層建筑箱型轉(zhuǎn)換層框支剪力墻設(shè)計方案能夠有效保證建筑整體符合安全性能與抗震性能的需求和規(guī)定，從而可以證明這種設(shè)計思路是值得結(jié)構(gòu)設(shè)計從業(yè)者使用推廣的。