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1、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Building Structure Vol45No22Nov2015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

2、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 (201522-0013-05Structural design of the partial frame-supported shear wall structurefor a high-rise commercial building Ding Xin ,Xia Yao ,Zhang Weiyu(Nanjing Kingdom Architecture Design Co,Ltd,Nanjing 210019,China Abstract :Analysis and cal

3、culation were carried out on a high-rise commercial building using programs of SATWE and MIDASThe complex high-rise partial frame-supported shear wall structure with beam transmission ,which had direct and clear pathways for force conversion ,was introducedThrough the analysis and calculation as wel

4、l as structural measures ,the over-reinforced situation of shear wall above the frame-supported beam was avoidedShear steel plates were used in frame-supported beam ends to improve the shear capacityCore columns were set in the frame-supported column to improve its ductility and deformation capacity

5、Specific detailed drawings for construction details were provided for key nodesThe key points needed to be considered in construction control were introducedKeywords :partial frame-supported shear wall structure ;frame-supported beam ;core column ;shear steel plate ;construction support 作者简介:丁昕,一级注册

6、结构工程师,高级工程师,Email :d_dxt126com 。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 ;1 3层为商业,层高依次为5.7,4.5,6.15m ;4 29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C30 C60,梁、板混凝土强度等级为C30 C50;典型框支柱主要截面为10001000,10001400;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

7、,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10001400,10001600。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 。建筑场地类别为类。基本风压(50年重现期标准值为0.40kN /m 2(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 /m 2,地面粗糙度类别为B 类。抗震等级:基建筑结构201

8、5 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2010190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(T

9、H4TG045, TH4TG055,TH1TG055,TH1TG065,TH3TG055波和2条人工波(H3TG055,H4TG055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10.85。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(JGJ320102(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%

10、,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41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

11、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SATWE MIDAS 周期T 1/s2.4697 2.3426T 2/s 2.1858 2.2032T 3/s 1.8322 1.9207T 3/T 10.740.850.820.85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 1.041.06 1.151.

12、17风荷载X 向Y 向 1.031.04剪重比/%X 向Y 向 2.052.54 2.112.48基底剪力/kN X 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 1.73411.1049 2.91432.0026楼层层间受剪承载力与上一层受剪承载力比值X 向Y 向0.840.860.820.82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

13、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/kNX 向Y 向X 向Y 向弹性反应谱分析SATWE 1/12201/13888746.7210824.14MIDAS1/13711/14288938.2510482.78弹性时程分析(SATWE 1/10341/1180939910793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

14、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51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

15、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10001

16、600。最终转换层上一层的墙体配筋如图8所示。 注:中A sw 为墙-柱一端 的暗柱实际配筋总面积,cm 2,如计算时不需要配筋,取0且不考虑构造钢筋;A shw 为在水平分布筋间距S wh (程序计算时取200mm 范围内的水平分布筋面积,cm 2;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

17、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(JGJ 1382001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.

18、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%。61第45卷第22期丁昕,等某高层商住楼部分框支-剪

19、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6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

20、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(1:21-26,412JGJ 32010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,20113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(9:75-794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,20105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(2:28-416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,200871