摘要:本文結合筆者在實際工作中的經驗，詳細論述了某住宅區工程的結構體系特點、結構概念設計、計算分析及新材料的選取, 分析和討論部分框支剪力墻結構體系的設計, 包括其轉換層的設計要點及薄弱部位的處理措施等問題。

　　關鍵詞: 部分框支剪力墻結構,梁式轉換, 5級人防地下室, HRB400級鋼筋

　　一、 前言

　　框支剪力墻結構是指底層為框架柱, 上層為剪力墻的結構。底層的框架結構可使建筑平面靈活布置, 適用于商場、餐廳、會議室、活動中心等大開間的公共建筑設計;上部的剪力墻結構整體性好, 側向剛度大, 水平位移小, 多用于住宅、旅館等建筑設計。兩者之間的樓板為轉

　　換層樓板, 需采取措施增強該層的整體性及剛性, 以減小整個結構的上下剛度差異�，F代化高層建筑設計趨向功能多元化, 要求居住、辦公、飲食、商業一體化, 因此這種結構得到越來越廣泛的應用。

　　二、 工程概況

　　該住宅區建筑面積約28.6萬m2,本工程地下2層, 地面以上6棟32層的塔樓,呈弧形分布,塔樓地面以上高99.90m。首層架空, 二層為結構轉換層,以上為住宅標準層, 地下室連成一體,其中A1～A4塔樓地下二層為5級人防地下室。本工程為部分框支剪力墻結構,A級高度的鋼筋混凝土高層建筑，屬復雜的高層建筑。

　　三、 主體結構設計

　　3.1 結構體系特點

　�、牌矫娌灰巹t: 本工程整體平面布置呈圓弧形,地面以上由6 棟32 層的塔樓組成。各塔樓平面均呈“十”字型,中部圓形的鋼筋混凝土筒體為主要的抗側力體系,伸出的各翼由幾種不同的單元組合而成，與筒體連接部分較窄, 向外逐漸變寬, 屬于平面不規則類型, 詳見圖1、圖2。

　�、曝Q向不規則: 地下室及首層為框架結構, 由混凝土柱承受豎向荷載, 以上各層為剪力墻結構, 由剪力墻承受豎向荷載, 2層平面為結構轉換層, 采用梁式轉換,屬于豎向不規則類型。

　�、侨朔赖叵率�: A1～A4 塔樓地下二層為5級人防地下室，其頂板( 即地下一層樓板) 的等效靜荷載標準值為100kPa。地下室底板則需承受地下水反壓力, 根據場地的地下水位及地下室的埋深, 地下水位設防標高為- 2.50m,底板的浮力達70kPa，需采取有效的抗浮措施。

　�、瘸�長混凝土結構: 弧形地下室整體相連, 長度超過400m,必須采取有效措施防止溫度應力使混凝土產生開裂。

　�、山Y構轉換層及塔樓中筒與各翼之間的連接均為該工程的薄弱部位, 其計算分析和處理措施是設計的關鍵和重點。

　　3.2 結構概念設計

　　本工程框支框架的抗震等級為一級, 剪力墻的抗震等級為二級。

　�、艦榱思訌娬�體結構剛度, 本工程采用部分剪力墻框支、部分剪力墻落地的形式, 形成底層大空間框架-剪力墻結構。因框支剪力墻承受的剪力大部分要通過樓板傳到落地剪力墻上, 故把落地剪力墻布置在各塔樓的中部, 圍成圓形的筒體, 在轉換層以下筒體外墻加厚為500, 內墻為300, 混凝土強度等級提高為C60, 有效地加大底層剪力墻的剛度和承載力, 使整個結構上下剛度差別減小, 也增強了整體抗扭能力。

　　⑵在轉換層以下的框架結構中, 塔樓部分的柱子作為上部剪力墻的支承也相應被加強, 采用C60、截面為800×3000、φ1400 等的鋼筋混凝土柱, 加大底層剛度。上部的剪力墻結構, 整體性較好, 有較強的抗側力和抗扭能力, 但為了避免墻體自重過大, 部分剪力墻向上收窄, 厚度從300 減小為250 和200, 從而減少給底層框架結構的負擔, 有利于整體結構的穩定性。

　�、堑装宄惺苤�較大的浮力, 厚度取500, 塔樓部分,待主體結構完成6 層后, 建筑物的自重可抵消地下水反力, 裙樓部分, 則在柱下用抗拔樁( 入巖深度≥3000) 抵抗浮力。人防地下室頂板的等效靜荷載標準值達100kPa, 板厚取250, 在人防設計中, 在核爆動荷載和靜荷載同時作用或核爆動荷載單獨作用下, 材料取動力強度設計值, 如鋼筋動力強度設計值為靜荷載作用下設計值的1. 2～1. 5 倍, 混凝土為1. 4 倍。

　　⑷本工程結構長度較大, 故幾處設置了防震縫和后澆帶。6 棟住宅塔樓在二層樓面每隔2 個塔樓用防震縫分隔, 每兩個形成雙塔結構。地下室整體相連, 沿地下室弧線方向每隔約50m設置一條后澆帶, 將地下室分為8塊段施工。控制混凝土的配合比, 減少水泥用量和用水量, 摻粉煤灰和合適的外加劑, 降低混凝土水化熱, 適當增加配筋率, 防止溫度應力使混凝土產生開裂。

　�、伤�樓中筒與各翼之間的連接是整個結構的薄弱部位之一, 各標準層均為不規則平面, 結構計算采用分塊剛性樓板假定。為了克服塔樓的扭轉反應, 標準層采用剪力墻結構, 適當增加剪力墻數量, 增加結構的抗扭剛度; 盡量加大中筒與各翼連接樓板的寬度, 連接部分樓板加厚到150, 并在平面外圍適當部位設置拉梁將各翼連成整體。

　　⑹轉換層的設計是該結構設計的重點和難點。

        2 層平面是本結構的轉換層, 是底層大空間與上部剪力墻之間的過渡層, 采用梁式轉換, 部分落地剪力墻在該處都予以加強, 使轉換層、下的側向剛度比減小而滿足規范的要求。該層樓板厚度取200, 框支梁最大截面為1400×1800, 因支承上部墻體, 框支梁承受很大的剪力,需在梁支座處加腋, 并增加梁箍筋數量, 提高抗剪和抗

　　扭能力( 圖3) ; 縱向鋼筋也需加強, 提高承載力; 當梁寬大于框支墻柱寬度時, 在節點區域內另加豎向拉結筋勾住梁底、面筋, 增強轉換梁剛度( 圖4) 。對受力較復雜的轉換梁, 則進行有限元分析, 并按應力進行配筋設計校核。

　　3.2 結構計算分析

　　本工程結構分別采用中國建筑科學研究院編制《高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE》及《多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件TAT》進行計算。SATWE 采用空間桿件—墻元模型, TAT 采用空間桿件—空間薄壁桿模型, 分別按單塔和雙塔樓考慮計算( 單塔計算周期比、位移比、剛度比; 雙塔計算內力及配筋) 。SATWE 程序計算時, 塔樓各翼采用分塊剛性樓板假定, 用振型分解反應譜法取兩個主軸方向和45 度方向計算地震作用�？紤]平扭耦連計算。計算參數的確定:

　　⑴抗震設防烈度為7 度, 場地土類別為Ⅱ類, 考慮偶然偏心, 取18 個振型。

　�、苹�本風壓值ωo=0. 60kPa, 地面粗糙度為C類, 風結構位移及內力計算結果表

　　載體型系數取μs=1. 4。

　�、墙Y構周期折減系數取0.85, 阻尼比為0.05。結構穩定驗算滿足高規要求, 并且可不考慮重力二階效應的影響。上表為A5、A6 棟雙塔結構的SATWE 位移及內力計算結果。

　　從SATWE 計算結果分析可知, 主體結構對地震作用及風荷載作用的反應是正常的, 結構自振周期、位移、地震力均控制在規范允許值范圍內, 振型曲線正常, 說明本工程的結構體系是合理的, 采取的抗震措施是有效的。

　　四、 新材料

　　本工程除了沿用傳統的HPB235 級和HRB335 級鋼筋外, 考慮結構的復雜性、材料性能、施工技術及經濟性等各種因素, 增加( 采用) 了新型鋼材—HRB400 級鋼筋,應用于梁柱縱筋、剪力墻主筋及地下室底板鋼筋。此鋼筋強度為HRB335 級鋼筋的1.2倍, 減少鋼筋配置數量,卻可提高結構承載力, 施工方便, 既經濟也實用, 現在很多復雜的高層建筑都擬用此種新型鋼材。

　　五、 結束語

　　該地區住宅臨江聳立, 外觀豪華, 宮廷特色設計, 功能齊全, 室內布置實用美觀, 處處散發著貴族氣息, 是現代高尚住宅的典型。通過這個設計我深深體會到, 結構專業需配合各個建筑的設計特點, 選用最佳的結構形式, 最適合的材料, 采取最有效的措施進行設計。

　　對于特殊部位要重點計算分析, 加強穩定性及安全性,使每個建筑物都能更好地投入使用, 充分發揮其功用特點及個性魅力。