高层框支剪力墙设计

高层框支剪力墙设计

摘要：随着国民经济的快速发展，高层建筑得到了大力发展，框支剪力墙结构是高层建筑中常见的一种结构形式，本文主要是结合工程实际，以某高层建筑为例，对框支剪力墙结构关键部位的设计做了简要分析，以供同仁参考。

关键词：高层建筑；框支剪力墙；转换层；抗震设计

1 工程概况

某高层建筑地下4层，地面以上45层，底板面标高为-15.2m，建筑高度为164.6m。其中地下4层为地下车库和设备用房，首层～四层为商业裙楼，五层、六层为休闲会所，七层为结构转换层，七层以上分为两个塔楼，其中a塔为住宅，b塔为办公，塔楼层高一般为3.4 m。本工程为框支-剪力墙结构体系，框支柱采用高强钢管混凝土柱，转换层采用普通的梁式转换；抗震设防类别为丙类；抗震设防烈度为7度；设计基本地震加速度为0.10g；设计地震作用分组为一组；场地土类别为ⅱ类。框架、剪力墙的抗震等级分别为：框支框架为特一级；一般框架为一级；剪力墙-1层至12层（加强部位）为特一级，其它层剪力墙为一级。

2 结构的整体计算分析

分别采用satwe与etabs对本工程进行整体分析计算。通过对satwe与etabs的计算结果进行比较，两个程序计算结果的主要指标接近，表明程序计算结果是可信的。并补充利用通用结构分析与设计软件sap2000对结构进行屈曲分析。

根据结构布置及计算结果，可以判断本工程为超限高层，超限内容有：建筑物总高度超过了规范允许的b级高度钢筋混凝土建筑的最大适用高度；竖向抗侧力构件不连续属ⅱ类，同时存在扭转不规则（ⅰ类）；另外结构属于大底盘多塔复杂结构，同时还存在高位转换，不属于严重不规则的高层建筑结构。

3 地基与基础

场地土类别为ⅱ类，地基基础设计等级为甲级。柱、剪力墙采用天然地基上的扩展基础，基底置于中、微风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。由于场地限制，部分柱基础采用人工挖孔桩，桩端持力层为微风化泥质粉砂岩。核心筒底板厚2000mm（局部板厚2500mm），其余位置除剪力墙、柱下扩展基础外底板厚为1000mm。部分底板下设置抗浮锚杆，锚孔直径150mm，长度4.0m，锚杆间距为900mm。

4 关键部位的结构设计

4.1 剪力墙设计

利用a、b两个塔楼的核心筒设置落地剪力墙作为主要的竖向抗侧力构件，由于建筑高度超限，采取了多种加强措施以提高剪力墙的延性：1）增加剪力墙厚度，提高混凝土强度等级等措施来提高剪力墙截面强度，并严格控制其轴压比，控制罕遇地震下的基底平均剪应力水平，确保证剪力墙在罕遇地震时不出现脆性的剪切破坏；2）底部加强部位由-1层～9层提高至-1层～12层，底部加强部位剪力墙配筋率提高至0.6%，约束边缘构件配筋率提高至1.8～2.0%，配箍率提高至2.0%，并且考虑在核心筒剪力墙底部加强部位

的约束边缘构件设置芯柱，设置范围为地下一层～七层；3）在地震荷载与风荷载作用下，连梁的剪力往往很大，为了防止连梁发生剪切破坏，对跨高比不大于2的连梁配置交叉暗撑或交叉斜筋，并按由其承担连梁的全部剪力来计算配筋。

4.2 钢管混凝土柱设计

由于钢管混凝土柱具有承载力高、延性好，抗震性能优越等特点，使用钢管混凝土柱作为框支柱可以极大的提高其抗震性能，并且可减小框支柱的截面增加建筑使用面积，因此钢管混凝土柱被广泛应用于带转换层高层建筑中。本工程框支柱均采用受力性能较好的高强钢管混凝土柱（共18根），并考虑其以轴力的方式承担一部分倾覆力矩。由于本工程首层层高为13米，二层层高为5.0米，satwe程序计算的首层x（y）方向层间抗侧力结构的受剪承载力与二层的受剪承载力比值分别为0.65（0.55）。选取典型钢管混凝土柱进行构件截面抗剪承载力计算，在截面、配筋、轴压力相同的情况下，钢管混凝土柱的截面抗剪承载力也基本相同，因此能保证首层钢管混凝土柱的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的75%。

钢管混凝土柱截面由负四层的φ1400mm×25mm逐步收至φ1300mm×20mm，钢管柱采用q345b钢材，内衬管及柱底环板采用q235b钢材（镇静钢），柱内混凝土强度等级为c60。钢管混凝土柱通过钢筋混凝土环梁节点与楼盖连接，框架梁纵筋锚入环梁内，环梁节点内配置2φ25抗剪环，且与钢管壁采用贴焊连接。

4.3 转换层设计

本工程转换层采用普通的梁式转换，由于建筑功能的要求，造成转换层的部分框支梁间接转换。框支梁是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，其受力很大且受力情况相当复杂，因此应设有较多的安全储备；在设计时，适当提高转换层的抗震性能要求，采用中震的地震影响系数对结构作中震作用下的弹性内力分析，按中震作用下的弹性内力与竖向荷载进行组合（1.0恒荷载，+0.5活荷载，+1.0中震作用），采用材料强度设计值，不考虑构件内力增大系数，对转换梁进行强度验算，以确保转换梁在中震时处于弹性工作状态。为防止转换梁受剪破坏，适当加大转换梁截面，加大梁抗剪箍筋，对部分剪力较大的转换梁内置焊接h型钢（q345b），保证钢筋混凝土转换梁的最大剪压比控制在0.15之内（《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3-2002规定的的剪压比限值为0.175），型钢混凝土转换梁的最大剪压比控制在0.30之内（《型钢混凝土组合结构技术规程》jgj 138-2001规定的剪压比限值为0.424）。

转换层型钢混凝土梁截面有1000x3000、1200x3000，内置

200x2200x25x25焊接h型钢。同时在型钢混凝土梁梁面、梁底配置纵向受力钢筋，其梁底纵向钢筋的配筋率提高至1.30%。

考虑弹性楼板假定，采用etabs程序对转换层部位进行竖向荷载和地震作用下的应力分析，从程序计算结果可看出楼板在地震作用下除局部有应力集中现象外，大部分应力水平均较低。在设计时按中震作用的弹性应力进行配筋，除对部分连接薄弱位置楼板进行特别加强外，转换层楼板厚度取200并配置双层双向间距为150mm

的14个大的二级钢筋，其上两层楼板厚度取150，采用双层双向配筋，以保证水平力可靠传递。

4.4 钢管混凝土柱与型钢混凝土梁连接节点设计

为实现型钢混凝土梁与钢管混凝土柱刚接连接，在钢管柱顶设置承台，承台截面为2000x2000x3000。沿钢管内壁插入64根28个大的二级钢筋作为纵筋，并通过焊接环箍使纵筋形成一个整体，纵筋锚入钢管混凝土柱内1500mm。

5 结语

本文结合了工程实际，就高层框支剪力墙结构设计中的剪力墙、钢管混凝土柱、转换层、钢管混凝土柱与型钢混凝土梁连接节点设计等做了分析讨论，希望在以后的工程中遇到类似的设计能起到一定的指导作用。

参考文献：

[1]jgj138-2001.型钢混凝土组合结构技术规程.

[2]刘维亚.钢与混凝土组合结构理论与实践.中国建筑工业出

版社.2008

[3]高层混凝土结构技术规程（jgj3—2010）[s].北京：中国建筑工业出版社.2010