張 彪

(深圳市華陽國際工程設(shè)計(jì)股份有限公司長沙分公司，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

某項(xiàng)目位于湖南省株洲市，由1棟高層公寓、7棟高層住宅及多層商業(yè)裙樓組成，設(shè)置一層地下室。本次研究對(duì)象為高層公寓，地上38層，地下1層，房屋結(jié)構(gòu)高度為119.70 m。塔樓在西側(cè)附帶了兩跨3層裙房，14層和28層為避難層。地下1層層高為4.25 m，1層～3層為商業(yè)，1層層高為5.65 m，2層，3層層高為4.55 m，4層層高為3.45 m，其余標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.00 m。

結(jié)構(gòu)體系為部分框支—剪力墻結(jié)構(gòu)，在4層樓面采用梁式轉(zhuǎn)換。梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)具有傳力直接、明確的特點(diǎn)，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便，是目前高層建筑中最常用的結(jié)構(gòu)形式[1]?？蛑е饕孛鏋? 300×1 200,1 300×1 500；落地剪力墻主要厚度為300 mm,400 mm，轉(zhuǎn)換層以上三層剪力墻主要厚度為200 mm,250 mm，標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻厚度為200 mm；轉(zhuǎn)換梁主要截面為1 000×2 000,1 250×2 000。剪力墻和柱的混凝土等級(jí)為C30～C60；1層梁板的混凝土等級(jí)為C35，其余層為C30。轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1所示。

建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。工程抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g。建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。地面粗糙度類別為C類，50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值為0.35 kN/m2，承載力設(shè)計(jì)時(shí)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.45 kN/m2。塔樓高寬比為5.1>4，且結(jié)構(gòu)平面有6個(gè)凹槽，因此風(fēng)荷載的體型系數(shù)取1.4。塔樓頂部設(shè)置有構(gòu)架，風(fēng)荷載體型取2.0。嵌固端選在基礎(chǔ)頂。轉(zhuǎn)換層的位置設(shè)置在3層，剪力墻底部加強(qiáng)部位取至轉(zhuǎn)換層以上兩層即5層，滿足大于房屋高度的1/10的要求?？蛑е?、剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)按高規(guī)表3.9.3的規(guī)定提高一級(jí)，故框支柱、轉(zhuǎn)換梁、底部加強(qiáng)部位剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)，其余墻、柱、梁的抗震等級(jí)為三級(jí)。

2 建模、計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 轉(zhuǎn)換層上下構(gòu)件的連接

為避免轉(zhuǎn)換層上下構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)對(duì)不上，建模時(shí)可將上部剪力墻的軸網(wǎng)作為轉(zhuǎn)換梁的軸網(wǎng)，這樣可保證上部結(jié)構(gòu)的荷載可靠傳遞到轉(zhuǎn)換梁上。本工程外圍剪力墻由于建筑立面和功能的需要，剪力墻的截面為槽形，拐角比較多，導(dǎo)致上部剪力墻的節(jié)點(diǎn)與轉(zhuǎn)換層對(duì)不上。建模時(shí)將上部剪力墻的軸網(wǎng)拷貝到轉(zhuǎn)換層，在此軸網(wǎng)上設(shè)置100×100的剛性桿，把上下層構(gòu)件連接起來，這樣上部剪力墻的荷載就會(huì)往下傳遞。

2.2 計(jì)算參數(shù)的設(shè)置

轉(zhuǎn)換層通常與其上幾層同時(shí)施工、同時(shí)拆模。在設(shè)置計(jì)算參數(shù)時(shí)，采用施工模擬三進(jìn)行加載，并指定轉(zhuǎn)換層為第4層。此時(shí)盈建科軟件自動(dòng)將轉(zhuǎn)換層與其上兩層(即5層和6層)設(shè)置為同一施工次序。另外，還需指定轉(zhuǎn)換層為薄弱層，薄弱層地震內(nèi)力放大系數(shù)為1.25。

與普通的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)不同，框支—剪力墻結(jié)構(gòu)框支柱的剪力應(yīng)按JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2](簡(jiǎn)稱高規(guī))第10.2.17條進(jìn)行調(diào)整，剪力的調(diào)整與框支柱的數(shù)目和框支層的層數(shù)有關(guān)。本工程每層共有26個(gè)框支柱，底部框支層為3層，故每層框支柱承受的剪力之和取結(jié)構(gòu)基底剪力的30%。此外，頂部兩層建筑平面與標(biāo)準(zhǔn)層不一樣，結(jié)構(gòu)布置時(shí)在頂部兩層設(shè)置了12個(gè)框架柱。標(biāo)準(zhǔn)層豎向構(gòu)件全為剪力墻，無框架柱。頂部和底部的柱子數(shù)量相差較大，因此在剪力調(diào)整時(shí)將底部和頂部各分為一段，分別進(jìn)行剪力調(diào)整。

2.3 特殊構(gòu)件定義

在前處理過程中，把轉(zhuǎn)換層及其上一層的樓板指定為彈性膜，即樓板平面內(nèi)按真實(shí)剛度考慮，平面外不考慮其剛度(剛度0)。特殊構(gòu)件定義時(shí)，注意除了在轉(zhuǎn)換層指定框支柱以外，在轉(zhuǎn)換層以下也要指定框支柱。在抗震等級(jí)菜單欄，需要核對(duì)柱和梁的抗震等級(jí)，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況修改其抗震等級(jí)。

2.4 轉(zhuǎn)換梁截面的確定

轉(zhuǎn)換梁承受上部墻柱巨大的荷載，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換梁經(jīng)常抗彎抗剪超限。解決轉(zhuǎn)換梁超限的辦法主要有：調(diào)整轉(zhuǎn)換梁上的墻柱布置、增大轉(zhuǎn)換梁截面、轉(zhuǎn)換梁加腋、增大框支墻洞口連梁剛度、提高轉(zhuǎn)換梁混凝土等級(jí)、梁端采用抗剪鋼板[3]等。本工程前期經(jīng)過試算，轉(zhuǎn)換梁截面需做到1 000～1 250×2 000才合理，轉(zhuǎn)換梁混凝土等級(jí)為C30。

2.5 轉(zhuǎn)換梁上剪力墻超筋的處理

轉(zhuǎn)換梁上剪力墻超筋是設(shè)計(jì)過程中常碰到的問題。解決剪力墻超筋的辦法主要有：調(diào)整轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻布置，盡量均勻、對(duì)稱；增加剪力墻厚度；提高剪力墻的混凝土等級(jí)；加大轉(zhuǎn)換梁截面，增加轉(zhuǎn)換梁剛度等。本工程軸交軸處的Y向剪力墻原方案是通過次梁轉(zhuǎn)換，超筋較多。通過多次調(diào)整，效果仍不理想。后面經(jīng)過與建筑專業(yè)溝通，把這片剪力墻改為落地剪力墻，超筋問題得到解決，而且改動(dòng)對(duì)建筑的使用功能影響不大。

3 結(jié)構(gòu)指標(biāo)

本工程采用北京盈建科軟件股份有限公司開發(fā)、研制的YJK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行整體內(nèi)力、位移計(jì)算分析。對(duì)全樓采用剛性樓板假定，在考慮偶然偏心、雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)下，得出主要控制指標(biāo)。本工程的剛重比為2.03(X方向)、2.42(Y方向)，大于1.4、小于2.7，需考慮重力二階效應(yīng)。整體計(jì)算指標(biāo)詳見表1，結(jié)果表明塔樓整體剛度較合理，周期比、層間位移角、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比、等效側(cè)向剛度比、樓層抗剪承載力比等參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表1 塔樓的整體計(jì)算指標(biāo)

依據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》[4](建質(zhì)[2015]67號(hào))，本工程扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2、小于1.4，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則(1a項(xiàng))；上、下墻柱不連續(xù)，屬于構(gòu)件間斷(第5項(xiàng))，共存在兩項(xiàng)不規(guī)則，故不屬于超限高層。

4 加強(qiáng)措施

1)為了增加轉(zhuǎn)換層樓板和梁的協(xié)同作用，轉(zhuǎn)換層樓板的厚度適當(dāng)加厚，取200 mm。轉(zhuǎn)換層樓板雙層雙向配筋，且每層每方向的配筋率不小于0.25%，樓板中鋼筋應(yīng)錨固在邊梁或墻體內(nèi)。

2)與轉(zhuǎn)換層相鄰樓層的樓板也適當(dāng)加強(qiáng)，板厚取150 mm，并雙層雙向配筋，且每層每方向的配筋率不小于0.2%。加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上部相鄰樓板，能夠協(xié)調(diào)上部構(gòu)件的變形，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

3)本工程通過地下室頂板與其他塔樓連為一體，在地下室頂板錯(cuò)層位置采取斜向加腋進(jìn)行加強(qiáng)，以增加結(jié)構(gòu)的整體性，保證水平力的可靠傳遞。1層樓板厚度適當(dāng)加厚，取200 mm，且每層每方向的配筋率不小于0.25%。塔樓與地下車庫相連的外圍柱和剪力墻，從固定端至2層樓面的高度范圍內(nèi)，柱縱向鋼筋的最小配筋率適當(dāng)提高，柱箍筋全高加密，剪力墻按高規(guī)7.2.15條設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，以提高其延性和變形能力。

5 結(jié)語

1)轉(zhuǎn)換梁上的墻柱節(jié)點(diǎn)與框支柱和轉(zhuǎn)換梁的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)不上時(shí)，可通過剪力剛性桿來連接構(gòu)件，保證荷載的傳遞。

2)與普通的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)不同，部分框支—剪力墻結(jié)構(gòu)框支柱的剪力調(diào)整與框支柱的數(shù)目和框支層的層數(shù)有關(guān)。當(dāng)柱子數(shù)量沿高度方向變化較大時(shí)，應(yīng)分段進(jìn)行剪力調(diào)整。

3)轉(zhuǎn)換梁上墻柱超限時(shí)，可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置、增大轉(zhuǎn)換梁截面、提高混凝土等級(jí)等辦法解決。必要時(shí)，可與建筑專業(yè)等協(xié)商，對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整。

4)轉(zhuǎn)換層及其相鄰樓層的樓板適當(dāng)加厚，并雙層雙向配筋，能夠協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)換層與上部結(jié)構(gòu)的變形，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

5)地下室頂板板厚和配筋宜適當(dāng)加大，在錯(cuò)層位置采取斜向加腋進(jìn)行加強(qiáng)，以保證水平力的可靠傳遞。地下室頂板上下的墻柱配筋宜加強(qiáng)，提高其延性和變形能力。