摘要:本文結(jié)合筆者在實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了某住宅區(qū)工程的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、計(jì)算分析及新材料的選取, 分析和討論部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì), 包括其轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及薄弱部位的處理措施等問題。

　　關(guān)鍵詞: 部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),梁式轉(zhuǎn)換, 5級(jí)人防地下室, HRB400級(jí)鋼筋

　　一、 前言

　　框支剪力墻結(jié)構(gòu)是指底層為框架柱, 上層為剪力墻的結(jié)構(gòu)。底層的框架結(jié)構(gòu)可使建筑平面靈活布置, 適用于商場(chǎng)、餐廳、會(huì)議室、活動(dòng)中心等大開間的公共建筑設(shè)計(jì);上部的剪力墻結(jié)構(gòu)整體性好, 側(cè)向剛度大, 水平位移小, 多用于住宅、旅館等建筑設(shè)計(jì)。兩者之間的樓板為轉(zhuǎn)

　　換層樓板, 需采取措施增強(qiáng)該層的整體性及剛性, 以減小整個(gè)結(jié)構(gòu)的上下剛度差異。現(xiàn)代化高層建筑設(shè)計(jì)趨向功能多元化, 要求居住、辦公、飲食、商業(yè)一體化, 因此這種結(jié)構(gòu)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　二、 工程概況

　　該住宅區(qū)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(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,以上為住宅標(biāo)準(zhǔn)層, 地下室連成一體,其中A1～A4塔樓地下二層為5級(jí)人防地下室。本工程為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu),A級(jí)高度的鋼筋混凝土高層建筑，屬?gòu)?fù)雜的高層建筑。

　　三、 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1 結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

　　⑴平面不規(guī)則: 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(cè)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(guī)則類型, 詳見圖1、圖2。

　　⑵豎向不規(guī)則: 地下室及首層為框架結(jié)構(gòu), 由混凝土柱承受豎向荷載, 以上各層為剪力墻結(jié)構(gòu), 由剪力墻承受豎向荷載, 2層平面為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層, 采用梁式轉(zhuǎn)換,屬于豎向不規(guī)則類型。

　　⑶人防地下室: A1～A4 塔樓地下二層為5級(jí)人防地下室，其頂板( 即地下一層樓板) 的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為100kPa。地下室底板則需承受地下水反壓力, 根據(jù)場(chǎng)地的地下水位及地下室的埋深, 地下水位設(shè)防標(biāo)高為- 2.50m,底板的浮力達(dá)70kPa，需采取有效的抗浮措施。

　　⑷超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu): 弧形地下室整體相連, 長(zhǎng)度超過400m,必須采取有效措施防止溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生開裂。

　　⑸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(jì)算分析和處理措施是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。

　　3.2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

　　本工程框支框架的抗震等級(jí)為一級(jí), 剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)。

　　⑴為了加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)換層以下筒體外墻加厚為500, 內(nèi)墻為300, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高為C60, 有效地加大底層剪力墻的剛度和承載力, 使整個(gè)結(jié)構(gòu)上下剛度差別減小, 也增強(qiáng)了整體抗扭能力。

　　⑵在轉(zhuǎn)換層以下的框架結(jié)構(gòu)中, 塔樓部分的柱子作為上部剪力墻的支承也相應(yīng)被加強(qiáng), 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(jié)構(gòu), 整體性較好, 有較強(qiáng)的抗側(cè)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(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān), 有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　⑶底板承受著較大的浮力, 厚度取500, 塔樓部分,待主體結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)值達(dá)100kPa, 板厚取250, 在人防設(shè)計(jì)中, 在核爆動(dòng)荷載和靜荷載同時(shí)作用或核爆動(dòng)荷載單獨(dú)作用下, 材料取動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值, 如鋼筋動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為靜荷載作用下設(shè)計(jì)值的1. 2～1. 5 倍, 混凝土為1. 4 倍。

　　⑷本工程結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度較大, 故幾處設(shè)置了防震縫和后澆帶。6 棟住宅塔樓在二層樓面每隔2 個(gè)塔樓用防震縫分隔, 每?jī)蓚�(gè)形成雙塔結(jié)構(gòu)。地下室整體相連, 沿地下室弧線方向每隔約50m設(shè)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(dāng)增加配筋率, 防止溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生開裂。

　　⑸塔樓中筒與各翼之間的連接是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱部位之一, 各標(biāo)準(zhǔn)層均為不規(guī)則平面, 結(jié)構(gòu)計(jì)算采用分塊剛性樓板假定。為了克服塔樓的扭轉(zhuǎn)反應(yīng), 標(biāo)準(zhǔn)層采用剪力墻結(jié)構(gòu), 適當(dāng)增加剪力墻數(shù)量, 增加結(jié)構(gòu)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(dāng)部位設(shè)置拉梁將各翼連成整體。

　　⑹轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)是該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

        2 層平面是本結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換, 部分落地剪力墻在該處都予以加強(qiáng), 使轉(zhuǎn)換層、下的側(cè)向剛度比減小而滿足規(guī)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(shù)量, 提高抗剪和抗

　　扭能力( 圖3) ; 縱向鋼筋也需加強(qiáng), 提高承載力; 當(dāng)梁寬大于框支墻柱寬度時(shí), 在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)另加豎向拉結(jié)筋勾住梁底、面筋, 增強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁剛度( 圖4) 。對(duì)受力較復(fù)雜的轉(zhuǎn)換梁, 則進(jìn)行有限元分析, 并按應(yīng)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)校核。

　　3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

　　本工程結(jié)構(gòu)分別采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》及《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件TAT》進(jìn)行計(jì)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(jì)算( 單塔計(jì)算周期比、位移比、剛度比; 雙塔計(jì)算內(nèi)力及配筋) 。SATWE 程序計(jì)算時(shí), 塔樓各翼采用分塊剛性樓板假定, 用振型分解反應(yīng)譜法取兩個(gè)主軸方向和45 度方向計(jì)算地震作用。考慮平扭耦連計(jì)算。計(jì)算參數(shù)的確定:

　　⑴抗震設(shè)防烈度為7 度, 場(chǎng)地土類別為Ⅱ類, 考慮偶然偏心, 取18 個(gè)振型。

　　⑵基本風(fēng)壓值ωo=0. 60kPa, 地面粗糙度為C類, 風(fēng)結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表

　　載體型系數(shù)取μs=1. 4。

　　⑶結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)取0.85, 阻尼比為0.05。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算滿足高規(guī)要求, 并且可不考慮重力二階效應(yīng)的影響。上表為A5、A6 棟雙塔結(jié)構(gòu)的SATWE 位移及內(nèi)力計(jì)算結(jié)果。

　　從SATWE 計(jì)算結(jié)果分析可知, 主體結(jié)構(gòu)對(duì)地震作用及風(fēng)荷載作用的反應(yīng)是正常的, 結(jié)構(gòu)自振周期、位移、地震力均控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi), 振型曲線正常, 說明本工程的結(jié)構(gòu)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(tǒng)的HPB235 級(jí)和HRB335 級(jí)鋼筋外, 考慮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、材料性能、施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性等各種因素, 增加( 采用) 了新型鋼材—HRB400 級(jí)鋼筋,應(yīng)用于梁柱縱筋、剪力墻主筋及地下室底板鋼筋。此鋼筋強(qiáng)度為HRB335 級(jí)鋼筋的1.2倍, 減少鋼筋配置數(shù)量,卻可提高結(jié)構(gòu)承載力, 施工方便, 既經(jīng)濟(jì)也實(shí)用, 現(xiàn)在很多復(fù)雜的高層建筑都擬用此種新型鋼材。

　　五、 結(jié)束語

　　該地區(qū)住宅臨江聳立, 外觀豪華, 宮廷特色設(shè)計(jì), 功能齊全, 室內(nèi)布置實(shí)用美觀, 處處散發(fā)著貴族氣息, 是現(xiàn)代高尚住宅的典型。通過這個(gè)設(shè)計(jì)我深深體會(huì)到, 結(jié)構(gòu)專業(yè)需配合各個(gè)建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn), 選用最佳的結(jié)構(gòu)形式, 最適合的材料, 采取最有效的措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　對(duì)于特殊部位要重點(diǎn)計(jì)算分析, 加強(qiáng)穩(wěn)定性及安全性,使每個(gè)建筑物都能更好地投入使用, 充分發(fā)揮其功用特點(diǎn)及個(gè)性魅力。