高层建筑框支剪力墙结构设计

高层建筑框支剪力墙结构设计

摘要：本文结合某高层建筑结构设计的实例，对其框支剪力墙结构的抗震设计进行了分析。

关键词：高层建筑剪力墙结构

1 工程概况

本工程主体结构层高60.3m,地下室2 层,层高分别为3.5m,4.7m;地上1 层为居民活动空间,高5.4m;2层～13 层为住宅,层高2.8m,以上至屋顶层高均为3.0m。

2 结构设计中的计算和分析

2.1转换体系的选取与计算

框支转换层楼板在地震中受力变形较大, 其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多,地震时楼板将传递相当大的地震力,其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入,相当于考虑了板对梁的卸荷作用,会使梁的设计偏

于不安全。在进行整体结构分析时,将转换层楼板用弹性膜单元模拟。

2.2嵌固端与转换层楼板板厚的确定

工程以±0.000 板作为嵌固端,既保证上部结构的地震剪力通

过地下室顶板传递到全部地下室结构, 同时能够保证上部结构在

地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第6.1.14条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时, 地下室结构的侧向刚度

与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙,在应力集中的楼层,将楼板厚度加大,转换层楼板取180mm,与其相邻的层也适当加厚至150mm。

考虑抗震需要,施工图阶段时更有意提高转换层配筋率,使单层配筋率达到0.35%, 以进一步提高转换层楼板和(1)q≤

ect310l02(2)γe≤δ1h2δ2h1框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍,宽度较宽,对边转换梁,板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。

2.3框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计

框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域, 这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确,减少转换板的内力,同时,上下抗侧力结构对齐,对于抵抗水平地震荷载作用,改善转换板的

复杂受力情况也是大有益处的(详见图1)。

图12﹟、3﹟楼底部结构平面布置图

框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件, 它的安全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力, 因而框支柱的延性和承载力成为

设计的关键。框支柱应在计算的基础上,通过概念设计和抗震措施(构造措施)进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30,框支柱的抗震等级定位一级,为了增加其延性,轴压比不超过0.4,其最小配箍

特征值比一级增加0.02 采用,框支层剪力墙轴压比控制在0.6以内,

以保证剪力墙有足够的刚度。

抗震设计时, 剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围, 其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍

筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,

改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技术规程》

jgj3-2002(以下简称《高规》)第7.1.9 条规定:底部带转换层的高层建筑结构,其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性,《建筑抗震设计规范》gb50011-2002(以下简称《抗规》)及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中,考虑到高层建筑结构的重要性,《高规》对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点,设计中有以下两点特别之处:

(1)一般情况下,高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照《高规》7.2.2 条规定取值。但对于本工程而言,由于底部层高较大,一般剪力墙墙厚bw 取380,但对于电梯井处剪力墙布置较多,相对的轴力较小,其截面按照上述方法取值则显得的不是很经济合理。因此,针对本工程的具体设计,剪力墙截面厚度bw适当的减少到300,同时严格按照《高规》附录d以下公式(1)计算墙体的稳定。

（1）

(2)在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要

求下,尽量减少上部剪力墙数量,减薄厚度,转换层以下厚度加大,

以减少结构上部刚度,增大下部刚度。同时, 由于转换层上下刚度的突变对上部相邻几层剪力墙造成的影响, 故而除了对转换层上

相邻数层剪力墙的水平及竖向分布筋和暗柱钢筋予以加强外, 还

在这些楼层中跨高比小于2的剪力墙连梁内设置交叉钢筋以增强其耗能能力。

2.4 转换层上、下结构侧向刚度比的确定

工程实践中, 框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的,为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度,使上下刚度接近,《高规》规定:需要抗震设防时,转换层上下刚度比不应大于2,同时不应小

于1。为了满足此要求, 对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚,落地芯筒周边墙体加厚至300mm(上部为250mm),少量的落地剪力墙加厚至400mm(上部为250mm),同时转换层以下的混凝土强度等级定位c45(上部为c35),最终大部分单元刚度比均控制在1.4左右,只有少数单元较大,但也控制在1.8以内。

由于高层结构中转换层的出现, 沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏,力的传递途径会有很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》附录e分别规定了底部大空间层数不同,转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和

抗弯刚度, 因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变

化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式(2)计