高层型钢混凝土地下过渡层设计

王素萍

(山西国建工程设计有限公司，山西太原 030000)

型钢混凝土结构由于有良好的承载能力及延性，且在降低结构自重、减少结构断面尺寸、加快施工进度等方面有明显优点，在近年来超高层建筑中应用越来越多。例如，型钢混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构8度0．2g适用高度为150 m，7度为190 m，6度为220 m。随着超高层结构建筑高度的增加，基础埋深满足建筑高度的1/15(采用桩基时1/18)时，基础埋置深度越来越深，超高层结构的地下室层数相应增加。地下室结构采用普通钢筋混凝土，而上部结构采用型钢混凝土结构，这时型钢混凝土柱应设置过渡层过渡为钢筋混凝土柱。

1 过渡层设计计算要求

地上部分地下部分为两种结构体系，为尽量避免这两种结构刚度和承载力的突变，形成薄弱层，在这两种结构体系中设置过渡层。1)从设计计算上确定地下室某层型钢混凝土柱可由钢筋混凝土框架柱代替时，上层型钢混凝土柱可向下延伸1层或2层作为过渡层。2)过渡层框架柱应按钢筋混凝土柱设计计算。

2 过渡层设计部位的选择

1)当地下室顶层可作为上部结构的嵌固部位。《高层建筑混凝土结构技术规程》3．9．5条规定:地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级。依据此规定，地下二层抗震等级可降一级，轴压比限值可加大，此时用钢筋混凝土柱代替型钢混凝土柱时截面加大不多，钢筋混凝土柱容易满足规范轴压比限值的要求，可将地下二层作为过渡层。地下三层及以下各层可采用钢筋混凝土柱。当地下室仅有一层时型钢筋柱在基础部位采用埋入式柱脚或非埋入式柱脚时应进行计算，当地下室为二层时型钢混凝土柱在基础部位，当地下二层采用混凝土柱计算满足规范要求，型钢混凝土柱在基础部位设计安装锚栓即可，当地下室为三层或以上层，过渡层设于地下二层，型钢混凝土柱在地下二层底设计安装锚栓，地下三层及以下采用钢筋混凝土柱。

2)当地下室顶层达不到上部结构的嵌固部位的要求。当地下1层不能满足上部结构嵌固要求，而地下2层能达到嵌固部位的要求时，地下2层，地下1层抗震等级同上部结构，地下3层抗震等级可降一级，此时可将地下3层作为过渡层。

3 过渡层设计构造要求

1)过渡层型钢混凝土柱下延，此层可不设置型钢混凝土梁。

2)过渡层柱型钢混凝土柱型钢下延，型钢配钢率不宜小于4%，型钢柱中型钢的保护厚度不宜小于150 mm;柱纵向钢筋净间距不宜小于50 mm，且不应小于柱纵向钢筋直径的1．5倍;柱纵向钢筋与型钢的最小净距不应小于30 mm，且不应小于粗骨料最大粒径的1．5倍。

3)过渡层柱的配筋应按钢筋混凝土柱计算确定，且应满足钢筋混凝土柱纵筋及箍筋构造要求。

4)过渡层应设置栓钉，其直径不小于19 mm，水平及竖向间距不大于200 mm，型钢至栓钉边缘的距离不宜小于50 mm。柱箍筋全长加密。

4 过渡层柱截面的计算方法

1)计算方法实例概况。以8度区0．2g地区为例，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，地下1层型钢混凝土柱抗震等级为一级，过渡层为地下2层，混凝土柱抗震等级为二级。型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱均按轴压比限值取值(因超高层型钢混凝土柱截面均不小，柱轴压比限值均按短柱取值)，混凝土强度等级为C60，型钢混凝土柱中型钢按Q345。

2)计算公式及规范条文。

a．地下1层型钢混凝土轴压比计算:《高层建筑混凝土结构技术规程》11．4．4条:抗震等级为一级，剪压比不大于2的短柱，轴压比限值为表11．4．4 中0．7 －0．05=0．65。

轴压比计算公式:

其中，fc为混凝土轴心抗压强度设计值底层轴压比，一般混凝土强度最高采用至C60，fc取值27．5 N/mm2;Ac为扣除型后的混凝土截面面积，按型钢柱截面面积的96%计算;fa为型钢的抗压强度设计值，采用 Q345型钢，fa取值295 N/mm2，钢材厚度为16 mm～35 mm;Aa为型钢混凝土中型钢面积，按型钢配钢率为4%计算。

b．地下2层过渡层按混凝土柱轴压比计算。

《高层建筑混凝土结构技术规程》6．4．2条:抗震等级为二级，框架—核心筒结构，且沿柱全高采用井字复合箍，满足箍筋间距不大于100 mm、肢距不大于200 mm、直径不小于12 mm的配箍要求，剪压比不大于2的短柱，轴压比限值为表6．4．2中0．85－0．05+0．10=0．90。

轴压比计算公式:

3)过渡层混凝土柱截面与型钢混凝土柱截面比值确定。

a．地下1层型钢混凝土柱与地下2层钢筋混凝土柱均采用C60，截面形式均采用方形柱。

b．地下2层钢筋混凝土柱与地下1层型钢混凝土柱的轴力设计值关系按1．03考虑(按地面层数为34层)。

c．地下2层钢筋混凝土柱与地下1层型钢混凝土柱截面比值:

4)结论。

当型钢混凝土柱轴压比比规范限值小5%以上时，钢筋混凝土柱截面可同型钢混凝土柱截面;当型钢混凝土柱轴压比接近规范限值时，钢筋混凝土柱截面面积应大于型钢混凝土柱截面面积的1．05倍;当考虑混凝土柱比型钢混凝土柱延性差，刚度及承载力低的因素时，可将地下2层钢筋混凝土柱截面面积大于地下1层型钢混凝土柱截面面积的1．05倍。

5 结语

分析以上型钢混凝土结构地下部分过渡层的要求，当地下室顶层可作为上部结构的嵌固部位时，地下室为1层时型钢混凝土柱做埋入式柱脚时基础底标高不平，基础筏板钢筋需绕过型钢混凝土中的型钢，施工比较麻烦，当地下室为2层及2层以上时，做过渡层，型钢混凝土柱在基础只做安装锚栓，或做基础时型钢混凝土柱转换为钢筋混凝土柱，施工方便。由此可知，超高层型钢混凝土结构地下室层数宜做2层或2层以上。

［1］JGJ 3-2011，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．

［2］JGJ 138-2001，型钢混凝土组合结构技术规程［S］．

［3］朱炳寅．建筑结构设计问答及分析［M］．北京:中国建筑工业出版社，2005．

［4］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析［S］．

［5］型钢混凝土组合结构构造与计算手册［Z］．