某高层商住楼部分框支剪力墙结构设计丁昕.docx
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某高层商住楼部分框支剪力墙结构设计丁昕
第45卷第22期2015年11月下建筑结构BuildingStructureVol．45No．22Nov．2015
某高层商住楼部分框支-剪力墙结构设计
丁昕,夏尧,张伟玉
（南京金宸建筑设计有限公司,南京210019
[摘要]采用SATWE,
MIDAS软件,对某高层商住楼进行计算分析,介绍了传力直接明确、传力路径清晰的梁式转换复杂高层部分框支-剪力墙结构,通过分析计算和采取构造措施避免了框支梁上墙体超筋,框支梁梁端采用抗剪钢板以提高其抗剪承载力,在框支柱中设置芯柱以提高其延性和变形能力,并给出了关键节点具体施工构造详图,同时对施工控制注意事项做了一些规定。
[关键词]部分框支-剪力墙结构;框支梁;芯柱;抗剪钢板;施工支撑中图分类号:
TU355
文献标识码:
A
文章编号:
1002-
848X（201522-0013-05Structuraldesignofthepartialframe-supportedshearwallstructure
forahigh-risecommercialbuildingDingXin,XiaYao,ZhangWeiyu
（NanjingKingdomArchitectureDesignCo．,Ltd．,Nanjing210019,China
Abstract:
Analysisandcalculationwerecarriedoutonahigh-risecommercialbuildingusingprogramsofSATWEandMIDAS．Thecomplexhigh-risepartialframe-supportedshearwallstructurewithbeamtransmission,whichhaddirectandclearpathwaysforforceconversion,wasintroduced．Throughtheanalysisandcalculationaswellasstructuralmeasures,theover-reinforcedsituationofshearwallabovetheframe-supportedbeamwasavoided．Shearsteelplateswereusedinframe-supportedbeamendstoimprovetheshearcapacity．Corecolumnsweresetintheframe-supportedcolumntoimproveitsductilityanddeformationcapacity．Specificdetaileddrawingsforconstructiondetailswereprovidedforkeynodes．Thekeypointsneededtobeconsideredinconstructioncontrolwereintroduced．
Keywords:
partialframe-supportedshearwallstructure;frame-supportedbeam;corecolumn;shearsteelplate;constructionsupport
作者简介:
丁昕,一级注册结构工程师,高级工程师,Email:
d_dxt@126．com。
1工程概况
某工程位于江苏省淮安市开发区,
建筑效果图见图1,为高层商住楼,采用部分框支-剪力墙结构体系,房屋结构高度91.8m,地上29层,地下1层。
地下1层层高为3.7m;13层为商业,层高依次为5.7,4.5,6.15m;429层为住宅,4层层高为3.25m,其余标准层层高为2.9m。
在3层顶采用梁
式转换[1]
。
剪力墙及柱混凝土强度等级为C30C60,梁、板混凝土强度等级为C30C50;典型框支
柱主要截面为1000ˑ1000,
1000ˑ1400;落地剪力墙主要墙厚为500,
550mm（其中楼电梯间处剪力墙墙厚为200,250mm,转换层以上三层的主要墙厚为200,
250mm;标准层主要墙厚为200mm;典型转换梁主要截面为1000ˑ1400,
1000ˑ1600。
嵌固端取地下室顶板。
图2为结构剖面图。
转换层及标准层结构平面布置分别如图3,
4所示。
建筑结构的安全等级为二级,结构设计使用年
限为50年。
工程抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第二组,设计基本地震加速度值为0.10g。
建筑场地类别为Ⅲ类。
基本风压（50年重现期标准值为0.40kN/m2
（
承载力设计时
图1建筑效果图
按基本风压的1.1倍采用,
雪荷载标准值为0.40kN/m2,地面粗糙度类别为B类。
抗震等级:
基
建筑结构2015
年
图2
结构剖面图
图3
转换层结构平面布置图
图4标准层结构平面布置图
础5层墙、柱为特一级,梁为一级;6层墙、柱为一级,梁为二级;其余墙、柱、梁均为二级。
2超限情况
依据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2010]190号,本工程存在转换层偏心矩大于0.15以及框支转换的构件不连续两项不规则情况,不存在严重不规则情况,故本工程不属于超限高层,但属于复杂高层。
3结构分析
采用SATWE,MIDAS软件对结构进行小震弹性反应谱分析和弹性动力时程分析以确定结构薄弱层位置,考虑了双向地震作用,同时计算中考虑了扭转耦联,计算振型数取21。
结构计算模型见图5。
根据场地土条件,选用了5条天然波（TH4TG045,TH4TG055,TH1TG055,TH1TG065,TH3TG055波和2条人工波（ＲH3TG055,ＲH4TG055波。
其水平向对应的峰值加速度取35cm/s2,双向输入分析,主方向与次方向峰值加速度比例为1ʒ0.85。
所选用地震波平均谱与规范谱的对比见图6,从图6可以看出,地震波平均谱与规范谱在对应于结构主要振型的周期点上相差不大于20%,满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010[2]（简称高规第4.3.5条条文说明要求
。
图5结构计算模型（SATWE
图7为X,Y向地震下楼层剪力分布。
从图7可以看出,各地震波计算得到的结构基底剪力均大于按反应谱法计算得到的基底剪力的65%,且不大于按反应谱法计算得到的基底剪力的135%,7条地震波计算得到的结构基底剪力平均值大于按反应谱法计算得到基底剪力的80%,且不大于按反应谱法
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第45卷第22期丁昕,等．某高层商住楼部分框支-
剪力墙结构设计
图6
地震波平均谱与规范谱对比
图7X向和Y向地震下楼层剪力分布
计算得到基底剪力的120%。
所选7条地震波均符合高规要求。
从楼层剪力分布情况上看,结构上部局部楼层按反应谱法计算得到的楼层剪力略小于按时程分析得到的楼层剪力平均值,说明反应谱法对高阶振型的影响考虑不够;结构的基底剪力均大于时程分析计算得到的基底剪力平均值,在计算时对上部局部楼层的楼层剪力适当放大,基底剪力取时程分析法计算得到的基底剪力平均值和按反应谱法计算得到的基底剪力两者中的较大值
[3]
。
采用SATWE,
MIDAS软件对结构进行小震弹性反应谱分析,计算结果如表1所示。
从表1可以
结构计算结果
表1
计算软件
SATWEMIDAS周期
T1/s
2.46972.3426T2/s2.18582.2032T3/s1.83221.9207T3/T1
0.74＜0.850.82＜0.85最大层间位移角
地震荷载
X向
Y向1/12201/13881/13711/1428风荷载X向Y向1/40311/21581/45651/2145最大层间位移与平均位移的比值
地震荷载X向Y向1.041.061.151.17
风荷载
X向Y向1.031.04剪重比/%X向Y向2.052.542.112.48
基底剪力/kNX向Y向8746.7210824.148938.2510482.78有效质量系数/%X向Y向97.6197.9794.7593.66转换层上下刚度比X向Y向1.73411.10492.91432.0026楼层层间受剪承载力与上一层受剪承载力比值
X向Y向
0.840.86
0.820.82
看出两种软件计算结果基本吻合,满足高规要求。
值得注意的是,依据SATWE软件计算时,由于框支梁上部的竖向墙体都是一段一段分布的,除作为集中竖向构件作用于框支梁上外,不能完全像标准框支梁那样梁墙组成组合构件共同作用,也没有明显
的内力拱出现[4]
。
采用SATWE软件对结构进行弹性动力时程分析,并与弹性反应谱分析结果进行对比,见表2。
由表2可知,弹性反应谱分析与弹性时程分析结果基本一致。
弹性反应谱分析与弹性时程分析计算结果对比
表2
计算方法
最大层间位移角基底剪力/kN
X向Y向
X向Y向
弹性反应谱
分析
SATWE1/12201/13888746.7210824.14MIDAS
1/13711/14288938.2510482.78弹性时程分析（SATWE
1/10341/1180
9399
10793
采用SATWE有限元框支剪力墙计算配筋分析
模块FEQ进行二次补充分析,对转换梁进行有限元应力分析,以校核设计配筋。
计算表明转换层及以上五层应力计算结果满足要求。
4
框支梁上墙体配筋一般情况下,框支梁上二、三层墙体严重超筋,
甚至该情况会延伸至框支梁上四、五层。
上部剪力墙连梁和框架梁配筋都会增大很多。
由于本工程在采用SATWE软件计算时,框支梁上部的竖向墙体都是一段一段分布的,除作为集中竖向构件作用于
5
1
建筑结构2015年
框支梁上外,不能完全像标准框支梁那样梁墙组成组合构件共同作用,也没有明显的内力拱出现。
经过多次调试,避免了框支梁上墙体、连梁、框架梁的
超筋现象,调试是从以下几个方面进行的[5]
。
（1在转换层以上,剪力墙尽量布置在结构平面的周边,尽可能均匀、对称布置,避免不规则偏心带来的附加外力。
（2在转换层以上,剪力墙尽量全部落在框支梁上,采用大开间的长墙,尽量避免次梁转换。
（3避免转换层上下层的混凝土强度等级改变,本工程转换层以上两层剪力墙混凝土强度等级同转换层的混凝土强度等级,均采用C60;再往上,剪力墙混凝土强度等级由两层C50、四层C45、四层C40过渡到C30。
（4转换层以上五层剪力墙墙体厚度（除楼、电梯间处外增大为250mm。
（5加强转换层及以上若干层楼板。
（6框支梁截面尺寸须足够大以避免超筋,但须注意与框支柱刚度相匹配。
经计算,随着框支梁截面尺寸的增大,上部结构超筋现象明显缓解,趋于适筋。
本工程框支梁最大跨度为7.6m,最大截面尺寸为1000ˑ1600。
最终转换层上一层的墙体配筋如图8所示
。
注
:
中Asw为墙-柱一端
的暗柱实际配筋总面积,
cm2,如计算时不需要配筋,取0且不考虑构造钢筋;Ashw为在水平分布筋间距Swh（程序计算时取200mm范围内的水平分布筋面积,cm2;H为分布筋标志。
图8转换层上一层墙体配筋图
5构造措施
为提高框支柱的延性和变形能力,
提高转换层的抗震能力,控制框支柱轴压比在0.5以下,在框支
柱中设置了芯柱[6]
如图9所示
。
图9框支柱芯柱大样
梁式转换传力直接、
计算相对简单、施工方便、经济性较好[1]
。
但框支梁、框支柱的截面尺寸必须满足抗弯、
抗剪要求,通常截面尺寸能满足抗弯要求时抗剪承载力不足,此时加大框支梁的梁宽是一种选择,但会增加结构自重,且为了协调框支梁与框支柱的支承宽度,不得不加大框支柱的截面尺寸,这样不太经济。
为了弥补框支梁抗剪承载力之不足,采用在梁端加设抗剪钢板或窄翼缘的工字钢骨不失为简便、经济且有效的办法。
本工程根据框支梁柱计算结果,框支梁支座剪力较大,受弯纵筋基本满足要求,采取了在框支梁支座剪力较大位置加设钢板以提高其抗剪承载力,节点大样如图10所示。
这样避免了采用型钢混凝土梁,和上述采用芯柱方式的框支柱在抗弯承载力和刚度上相匹配。
根据《型钢混凝土组合结
构技术规程》
（JGJ138—2001第5.1.4条公式5.1.4-3,5.1.4-4和高规中框支转换梁截面限制
条件公式10.2.8-1,10.2.8-2,手算校核其抗剪承载力,根据SATWE软件FEQ模块应力分析计算结
果综合考虑配置箍筋。
加强转换层楼板的板厚取180mm,双层双向配筋,配筋率不小于0.25%,以提高转换层楼板与框
支梁共同作用的能力。
转换层楼板板面的钢筋贯穿梁顶截面,并向下锚固,以保证框支梁扭矩在楼板上的有效传递。
具体构造如图11所示。
同时转换层以上三层楼板也适当加强,板厚取130mm。
该措施也是协调变形保证转换层以上构件不超筋的一项措施。
在各层的平面凹进部位设置不小于2m宽的拉结板带,板厚取120mm,双层双向配筋,配筋率不小于0.25%。
6
1
第45卷第22期丁昕,等．某高层商住楼部分框支-
剪力墙结构设计
图10
框支梁柱节点大样
图11
转换层楼板钢筋在框支梁中的锚固图
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转换层的施工控制
严格按国标图集《混凝土结构施工图平面整体
表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土框架、
剪力墙、梁、板》（11G101-1对框支转换梁柱节点进行设计。
框支转换梁柱内纵筋均采用机械连接。
框支柱纵筋在转换层内不宜设接头,若需设置,
接头率应≤25%,且接头位置离开节点区≥500mm,接头采用直螺纹机械连接。
必须待基础转换层以上五层承重构件达到100%混凝土设计强度后方可进行框支转换梁柱支撑拆模,同时提请施工单位编制“有关部分框支-剪力墙结构转换梁柱”的施工组织设计或施工技术方案。
7结论
（1通过结构布置和计算分析避免了框支梁上剪力墙墙体超筋现象。
（2框支柱内设置芯柱以提高框支柱的延性和变形能力。
（3框支梁支座剪力较大位置加设钢板以提高其抗剪承载力。
（4加强转换层楼板及其以上三层的板厚以增强其协调变形能力。
（5严格做好转换层的施工控制,如施工支撑的拆模时间,框支梁柱内钢筋的连接方式、构
造等。
致谢:
感谢侯善民总工程师对工程设计提出的宝贵意见以及给予的指导帮助。
参
考
文
献
[1]娄宇,魏琏,
丁大钧．高层建筑中转换层结构的应用和发展[
J]．建筑结构,1997,37（1:
21-26,41．[2]JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]．北
京:
中国建筑工业出版社,
2011．[3]林元庆,章少华,李志刚,等．某转换高层建筑抗震超
限设计与施工控制[
J]．建筑结构,2012,42（9:
75-79．[4]李国胜．多高层建筑转换结构设计要点与实例[M]
．北京:
中国建筑工业出版社,
2010．[5]傅学怡．带转换层高层建筑结构设计建议[J]．建筑结
构学报,
1999,20（2:
28-41．[6]张维斌．钢筋混凝土带转换层结构设计释疑及工程实
例[
M]．北京:
中国建筑工业出版社,2008．7
1
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