某建筑钢筋混凝土框架一剪力墙结构设计分析

吴祖富

摘要：本文根据工程实例，从结构的布置、节点的设计等方面对其结构设计进行了详细分析 并通过详细的计算验证，结合结构超限情况采取相应的加强措施，使结构具有良好的抗震性能。

关键字：超限高层建筑；结构设计：计算分析

Abstract: according to the engineering examples, from the structure arrangement and the design of the nodes of the structure design on detailed analysis and through the detailed calculation verification, combined with the circumstance of the corresponding structure crossing the strengthening measures, make the structure has better seismic performance.

Key word: overrun highrise; Structure design, calculation and analysis

中圖分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

某工程地上6层建筑面积为21332m 2， 地下1层建筑面积7843m2 。采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。结构平面底部长约150m收至顶层50m，宽约50m，结构主体高度约32．25m，高宽比较小。

2结构设计分析

该建筑体形较长，且平面较不规则，建筑上部存在长悬臂和大跨度结构，若要通过设置抗震缝将建筑分割成规则的区块， 布置上较为困难。 故本建筑主要通过加强抗侧力构件的刚度，加强平面联系，减小结构的绝对和相对变形量，来保证结构具有较好的抗震性能。

2．1结构布置分析

本工程为高度约32．25m 的6层结构层的高层办公楼，在结构体系的选择上，一般可供的选择有混凝土框架结构、混凝土框架-剪力墙结构、钢框架-混凝土剪力墙结构和钢框架结构。

本工程体形复杂，上部存在大跨度和长悬臂结构，该部分结构宜采用钢结构，大跨度和长悬臂结构宜布置剪力墙作为可靠支座。该结构局部楼层楼板缺失，造成凹凸和楼面开大洞情况，在这种情况下，为了避免竖向刚度突变， 加强结构抗侧刚度，在进行结构布置时，需对上下贯通的竖向结构予以加强。整个结构楼梯间平面位置均匀、竖向连续，宜利用楼梯间周边布置剪力墙作为主抗侧力构件，一方面剪力墙平面布置均匀可使得各部分地震力主要由就近的剪力墙承担，减小各剪力墙在地震作用下的位移差，另一方面也可减小地震作用下位移的绝对量，减小由于楼板连接薄弱带来的不利影响。若整个结构采用钢框架-混凝土剪力墙结构，则造价较高， 故本结构采用混凝土梁框架-剪力墙结构体系作为抗侧力体系，对于大跨度和长悬臂结构部分采用钢结构。

为加强结构刚度和便于与大跨度、长悬臂钢结构连接处埋置型钢梁，剪力墙厚取为500mm，剪力墙与钢结构连接处设置800mm×800mm角柱,并埋置型钢。

2．2优化措施分析

本工程为高度较低的A级高度高层建筑．包含平面不规则和竖向不规则，属于特别不规则的超限高层结构，按要求进行了抗震设防专项审查对于该超限高层建筑,主要采取了以下优化布置和加强措施：

2．2．1 结构布置优化措施

结构布置上尽量做到抗侧力构件分布均匀对称，使结构刚心和质心尽量一致，并满足刚度要求。现偶然偏心工况下水平位移比最大为1.32，小于规范规定的限值为1．5， 以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期之比不大于0.66，小于规范规定限值为0．9。

2 .2．2结构竖向刚度优化措施

针对该建筑局部楼层的楼板不连续的情况，对上下贯通的竖向结构予以加强，特别是加强布置作为主抗侧力构件的剪力墙， 剪力墙上下贯通，剪力墙核心筒承担80％以上的倾覆弯矩和70％以上的楼层剪力，结构竖向刚度无突变。

针对楼板缺失、竖向构件越层的情况，在结构整体计算分析时建立弹性楼板模型，采用弹性模进行计算，不考虑穿层处楼板对穿层柱、墙的约束，按真实情况建立柱、墙的计算长度系数和邻近楼层结构的相互关系。加强对楼板的应力分析，并双层双向配筋，连接薄弱处单层配筋率不小于0．6％ ， 以提高平面刚度。连接薄弱的楼板进行中震分析，其满足“中震弹性” 的要求，并根据分析结果对应力较大部位（主要集中在洞口角部）采取集中配置斜向钢筋，根据大震下楼板应力汁算。局部连接薄弱处通过进一步适当加厚和加强配筋，以保证大震下也不破坏。

2．2. 3错层柱箍筋优化措施

本结构存在局部错层，通过加高梁截曲(梁高涵盖板错开的高差)、柱箍筋全高加密等措施，保证水平力的有效传递．按照错层建立模型进行计算，错层柱箍筋全高加密。

2．2．4核心筒剪力墙优化措施

本结构五层、六层缩进大于下部结构尺寸的25％ ，结构六层外挑大于10％和4m，虽然结构主抗侧力构件剪力墙布置竖向连续， 主抗侧力构件无外挑、无承载力突变，结构没有刚度突变，但六层由于布置钢桁架，存在承载力突变的特殊情况， 故采取加强措施， 将除顶层外的各楼层强制指定为薄弱层进行设计加强，地震剪力乘l. l5的增大系数，支撑顶部钢结构的结构中部四个核心筒剪力墙满足“中震不屈服” 承载力要求。

2．2．5抗震优化措施

按《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—20O2)，设防烈度7度（0．15g)，场地土类别为Ⅲ类，结构的抗震构造措施宜按设防烈度为8度(0．2g)采用。考虑到本工程虽然总高度不高， 且高宽比较小，但存在不规则情况，故本工程框架和剪力墙除了抗震构造措施按照8度(0．2g)采用外，其内力调整也按照8度采用，在结构计算中将抗震等级在原7度基础上构造措施提高l度采用，剪力墙抗震构造措施由二级提高到一级，框架抗震构造措施由三级提高到一级 严格控制竖向构件轴压比， 剪力墙轴压比不大于0．3，框架柱轴比不大于0．75．加强结构构件的延性和抗剪承载力设计。

2．2.6计算优化

在振型分解反应谱法计算的基础上进行了弹性时程分析，就计算所得结构薄弱部位进行加强. 用PUSH程序进行了静力弹塑性分析，结果满足规范要求，且大震下位移角小于规范限值较多(约1／386)，结构具有较好的抗震性能。考虑到结构局部存在钢结构， 分别按照0.05和0．04的阻尼比进行结构计算，根据0．04阻尼比的计算结果对构件设计进行一定的加强。

2 3主要计算结果分析

2 3．1 SATWE和PMSAP计算

采用CQC振型效应组合方式，考虑扭转耦联效应， 同时考虑偶然偏心的影响。多遇地震和风荷载作用下的主要计算结果见表1。

表1 SATWE和PMSAP主要计算结果

2．3．2弹性时程分析

在振型分解反应谱法计算的基础上进行了弹性时程分析。规范要求设防烈度7度 (0．15g)时，多遇地震时程分析采用加速度时程曲线的最大值为55cm/s2。时程分析法中步长取0．02s,阻尼比0．05。

主要计算结果见表2。由表2可知，结构位移基本连续，结果满足单条地震波计算的结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算值65％ ， 以及多条时程曲线计算的结构底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法计算值80％ 的规定。总体而言，时程分析计算结果与反应谱法计算结果基本吻合，满足规范有关规定。

表2 弹性时程分析计算结果

2 3．3静力弹塑性分析

用静力弹塑性分析PUSH验算了在罕遇地震作用下的楼层位移侧推荷载类型为倒三角形，基底剪力与总重量的比值为1。经过计算分析，其罕遇地震下的层间位移角X向为1／386，Y 向为1／579，均小于框架-核心筒结构的限值1／100，满足规范的有关要求，且数值均较小。在结构设计时，针对计算反应的结构薄弱部位进行加强。

2 .4节点设计

2．4．1钢桁架与混凝土剪力墙连接的节点设计

按本工程的抗震性能目标，长悬臂和大跨度钢桁架与核心筒剪力墙的连接节点满足“中震弹性”承载力要求，按此要求提取支座反力进行设计。

2 4．2剪力墙角部埋置钢骨与钢筋混凝土粱连接的节点设计

剪力墙角部埋置钢骨与钢筋混凝土梁连接点，本工程采用的形式为梁中部分主筋从柱翼缘侧边通过，在柱钢骨腹板中开孔贯通，部分主筋直接和焊接在钢骨柱上的连接套筒连接，在套简水平位置处，在柱钢骨内设置加劲肋。

3结语

本工程采用基于性能的抗震设计方法，进行小震弹性计算、中震不屈服及中震弹性构件验算以及罕遇地震下的弹塑性分析，并结合结构超限情况采取相应的加强措施，使结构具有良好的抗震性能。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。