高层商住楼结构设计实践

高层商住楼结构设计实践

摘要：本文主要结合实例，对高层建筑框支剪力墙结构的设计进行探讨。

关键词：高层建筑框支剪力墙结构设计

中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

前言

在一些高层住宅建筑中，由于使用功能和美观要求，设计师有时将建筑的底层设计成大空间的架空层、大堂或者会所等。为了满足这种建筑使用功能的要求，通常在底部采用框支剪力墙结构，上部采用剪力墙结构。可以说，这类结构已成为高层住宅建筑发展的一大趋势，但是，框支剪力墙结构由于部分剪力墙不落地，墙、柱截面的突变，导致传力路线曲折和应力集中，易形成薄弱层，不利于抗震。因此，设计时应结合实际情况，选择合适的结构转换

层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，从整体上形成良好的结构抗震体系。

1、工程概况

本高层商住楼，该工程地下2 层，地上31 层，其中地下室—1 层层高6.0m，布置设备用房及公共机动车泊位，地下室—2 层层高

3.9m 战时为六级人防。地上1～3 层为商业用房，层高分别为5.1m、

4.8m、3.7m，按建筑要求第4 层为转换层，层高3.3m，4 层以上为剪墙结构住宅。

2、结构布置

该工程重点解决两个方面的问题。第一，为保证结构沿竖向刚度均匀变化，应设法争取尽可能多的上下贯通构件。结合电梯井道、消防楼梯间及电梯厅，布置了一个中央核心筒，并根据塔楼周边剪力墙分布情况，除在底部裙楼对应部位设置了落地贯通加厚剪力墙外，另在底部增设部分仅伸至转换层的剪力墙以加大底侧向刚度。第二，合理布置裙楼柱网，使不落地剪力墙直接通过转换层托梁。

3、结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的结构显然有悖于此，对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来就是要强化下部，弱化上部，尽量避免出现薄弱层。可采用的方法有以下几种。

（1）使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片l 型剪力墙也落至基础。这些都大大增强了底部刚度。

（2）加大底部剪力墙厚度，减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度区为400mm 厚，上部厚度取为200mm。

（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太多。（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用c55 混凝土。

4、结构平面布局

工程底部为框架－剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置须经多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果，查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.77，各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

5、结构设计与计算

结构整体分析计算主要采用了satwe，并采用了力学模型与之不同的软件tbsa6．0 进行校核。该建筑物平面外形为长方形，有两个上下贯通的电梯间形成主要落地的剪力墙。因建筑功能需要，首层为大空间，层高6m，二层～四层为商业群楼，故将转换层设置在二层，用satwe 计算的各层的侧向刚度。结果得出地下负一层与首层的抗侧移刚度比为2．38，大于2 倍，这与《高规》中“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2 倍”相符合，故首层满足作为上部结构嵌固层的要求，构造上考虑首层覆土建造园景，首层楼板厚取250mm，配筋取12@100，底面双向直通。二层的墙量比较多，而且落地的剪力墙相对较少，这就很容易造成转换层上下侧向刚度相差较大，造成竖向不规则为了避免转换层上、下的侧向刚度比相差

较大，故一方面把转换层以下的落地剪力墙做厚，另一方面在控制墙柱轴压比和结构位移的前提下尽量把转换层以上的框支剪力墙减薄，转换层上下侧向刚度比控制在规范要求的范围内。另外，为提高结构的整体性，增加了转换层及相邻楼层的楼板厚度，从而更有效地传递和分配水平作用。

转换层楼板厚度为180rm，配筋10@100 双层双向直通。为了较好地控制转换层上下刚度比，尽量减少转换层刚度突变结构抗震带来的不利影响，利用商业群楼中的三个落地的电梯间，将梯间的外筒剪力墙厚度加厚到500mm，转换层以上两层加强部分的电梯间外筒剪力墙厚度为350mm。同时为提高整体结构的抗扭能力，对周边的剪力墙布置作了加强。这样一方面改善了转换层上下层刚度比，通过加强转换层以上的抗侧力构件，有效地补偿了抗剪面积的削弱；另一方面，将刚心与质心的距离尽量减少，以尽量减少扭转的不利影响。经多次对结构布置和构件尺寸的调整，将各楼层的弹性层间位移角控制在1／l000 以内，结构薄弱层层间弹塑性位移角限值也控制在1／120 以内。全楼各楼层的抗侧移刚度比均大于上层抗侧移刚度的70％，或其上相邻三层抗侧移刚度平均值的80％，避免了由抗侧移刚度突变而造成竖向不规则。从而避免了薄弱部位的形成。薄弱部位由于变形大，造成构件在地震作用时过早发生屈服减少延性和耗能能力。在结构设计中应尽量避免出现薄弱层。

6、构造措施

（1）本工程采用的混凝土强度等级均满足规范要求。

（2）转换层楼板作为重要的传力构件，承担着完成上下部分剪力重分配的任务，作用不可忽视，因此必须有足够的刚度保证。设计时采用180mm 厚现浇混凝土楼板，配筋为ф12@150 双层双向，每个方向的配筋率均为0.42%，大于规范规定的0.25% 的要求。同时，与转换层相邻楼层的楼板均予以加强，转换层以下楼板的厚度为150mm 厚，配筋为ф12@150 双层双向, 转换层以上楼板的厚度为150mm 厚，配筋为ф10@150 双层双向。

（3）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，本工程剪力墙底部加强部位取框支层加上框支层以上两层的高度，即基顶~18.170，墙体两端设有翼墙或端柱，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj3-2010）设置有约束边缘构件，框支层以下落地剪力墙厚度350mm，配筋ф12@200，配筋率大于0.3%，框支层以上底部加强部位剪力墙配筋为ф10@200，已

适当加强。

（4）由于转角窗的存在，局部整体性有较大的削弱，对结构整体抗扭不利，故采取以下加强措施：将双向悬挑边梁截面高度加高以增加连梁刚度，房间楼板加厚至130mm，并且在转角剪力墙之间设置200×130 的暗梁，形成配筋拉结板带，以增加局部整体性。结束语

总之，高层建筑结构设计中应重视结构的选型和结构的规则性。而框支剪力墙结构是抗震不利的结构体系。设计时不仅要求整体结