半山公馆高层框支剪力墙公寓结构设计

王宇

（中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006）

半山公馆高层框支剪力墙公寓结构设计

王宇

（中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006）

半山公馆高层公寓是半山公馆住宅小区中的一栋临街高层建筑，其结构形式采用框支剪力墙结构。本文以该工程实例为基础，结合结构规范相关规定和结构计算软件SATWE的操作方法，比较详细的介绍了框支剪力墙结构房屋的设计思路和方法，其中包括了结构整体计算分析、转换层刚度比控制、框支框架的设计等结构设计中的重点和难点内容。

框支剪力墙；框支柱；转换梁；无粘结预应力楼板

1　工程概况

半山公馆住宅小区位于铁岭市银州区繁华地段，临街部分由2栋高层和4层框架结构的商业网点组成。三者地下部分相连，均为地下车库。1栋高层是高档写字楼，采用框剪结构；另1栋高层是高档公寓楼，采用框支剪力墙结构。2栋高层塔楼与4层商业网点在地上部分采用抗震缝分开，结构独立设计，避免结构超长和扭转问题。同时没有采用大底盘双塔的结构形式，能分别确定塔楼和裙房的抗震设防标准，经济合理。三者地下室部分作为一个整体，未设缝分开，采用施工后浇带分段施工，整体浇筑。

这里，我们主要介绍框支剪力墙高层公寓的结构设计。高层公寓地上共26层，房屋高度：91.250m，标准层层高3.2m，地下室层高：6.150m。由于公寓底部4层也作为商业网点，需要较大使用空间，所以采用框剪结构。4层顶为结构转换层；转换层以上公寓部分采用大开间剪力墙结构。公寓部分的设备转换层设置结构转换层上部夹层。转换层上一层层高比标准层加高500mm，地面上做设备夹层，采用砖地垄墙铺预制板的形式。这种做法仅增加了结构荷载，不影响结构整体刚度计算。转换层上一层层高加高在一定程度上减小了转换层上下刚度突变的不利影响，有利于结构从网点到公寓标准层的刚度均匀过渡。

图1　建筑剖面图

2　结构整体受力分析

2.1基本自然条件和设计标准

设计使用年限：50a，结构重要性系数：r。=1.0；

抗震设防烈度：7度，设计基本地震加速度：0.10g；设计地震分组第1组；

场地土类别：II类，场地特征周期：0.35s；

地面粗糙度：C类；

基本风压：WO=0.45kN/m2（大于60m，按100a风压）；

基本雪压：0.55kN/m2；

标准冻深：1.20m；

1.结构抗震等级确定

房屋高度H=91.250m，结构形式：框支剪力墙结构，属于A级高层，按《高规》第4.8.2条确定结构的抗震等级见表1。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称：高规）第10.2.5条底部带转换层的高层建筑结构的抗震等级应符合本规程第4.8节的规定。

表1　结构的抗震等级

图2　1～3层网点层结构平面图

图3　转换层结构平面图

结构底部4层核心筒剪力墙落地，墙体加厚至500mm，并且增加了两片横向墙体，提高底部横向结构刚度（见图2）。墙、柱混凝土强度等级：C50。楼盖采用主次梁楼盖形式，一般楼板厚120mm。转换层楼板厚200mm，转换层下一层楼板厚150mm。

转换层上部剪力墙布置按大开间布置原则，墙体拉通对齐，传力明确，避免了次梁托墙转换的复杂形式（见图3）。混凝土外墙厚度300沿高度收至250mm，内墙厚度由350mm沿高度收至200mm。剪力墙混凝土强度等级：C45～C30。公寓层楼板厚度200mm～220mm，采用无粘结预应力混凝土楼板。结构整体计算时，地面及隔墙荷载以恒荷载形式均布在楼板上。

SATWE建模分析结果见表3。对部分框支剪力墙结构，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜按本规程表4.8.2、表4.8.3的规定提高一级采用，已经为特一级时可不再提高。本工程转换层在4层，属于高位转换，因此按10.2.5条提高后的抗震等级见表2。

剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。剪力墙底部加强部位的高度取底部-1层～6层，地上高度26.90m。

2.2结构建模计算和结果分析

结构的整体分析及构件的配筋设计均采用PKPM系列软件—SATWE程序。各层结构平面布置如下图2～图4所示。

表2　提高后的抗震等级

图4　公寓层结构平面图

结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比：T3/T1=0.811<0.9；结构第一、二周期均为平动，无明显扭转效应；XY方向有效质量系数均大于0.9，满足《高规》要求。结构最大层间位移均小于1/2000，结构有很好的侧向刚度。结构第5层，即转换层位薄弱层，薄弱层地震剪力放大系数：1.15。

3　转换层和框支框架设计

3.1转换层刚度比控制

《高规》附录E.0.2：对于转换层位置大于1层的，采用转换层的上部结构与带转换层的下层结构等效侧向刚度比宜为1，抗震设计时不应大1.15于1.3。在satwe软件采用“弯剪刚度”层刚度比计算方法得到以下计算结果。

《高规》附录E.0.2：当转换层设置在3层及3层以上时转换层本层侧向刚度不应小于相邻上一层楼层侧向刚度的60%。在SATWE软件采用“地震剪力与地震层间位移的比”层刚度比计算方法计算层刚度，计算结果及刚度比见下表5。

本工程转换层的上部结构与带转换层的下层结构等效侧向刚度比接近1，转换层与上层X和Y方向侧向刚度比均大于0.6，均能满足《高规》附录E.0.2的相关要求。

表3　SATWE建模分析结果

表4　高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比

表5　计算结果及刚度比

3.2框支框架设计

框支剪力墙房屋结构设计的难点集中在转换层的转换构件设计上。本工程的框支柱，转换梁的计算除采用SATWE软件分析，还采用框支剪力墙分析模块FEQ对框支梁和上部墙体进行了补充验算，薄弱部位加强了配筋。

高位转换对抗震不利，特别是部分框支剪力墙结构。本工程框支柱按4.8.2条提高一级抗震等级，按特一级设计。框支柱柱端加密区最小配箍特征值λv应按《高规》4.9.2条（特一级混凝土构件规定）要求，比表6.4.7的λv数值增大0.03采用，且箍筋体积配箍率不应小于1.6%，于是：

λv=0.15+0.03=0.18，

ρv≥λvfc/fv=0.18×23.1/300=0.01386=1.386%，本工程应取ρv≥1.6%

全部纵向钢筋最小构造配筋百分率取1.6%。柱箍筋全高加密（框支柱配筋见图5）。框支柱的其他抗震构造措施按一级抗震措施。

图5　框支柱配筋图

本工程转换梁截面宽度：1200mm～1600mm，梁高：2200mm～2600mm。框支梁剪力很大，原因是公寓层沿核心筒布置走廊（见图3），剪力墙开洞位置靠近框支柱，对框支梁设计十分不利。在框支梁高度受到限制，门洞口下方又不能加腋的情况下，只能加大梁截面宽度，提高抗剪能力（框支梁配筋见图6）。

转换层楼板板厚200mm，双层双向配筋，每方向配筋率均大于0.25%。板正负钢筋均按受拉锚固在梁（墙）内。转换层下一层板厚150mm，上一层预应力板厚度200mm～220mm，均采用双层双向配筋，并适当加强了配筋。

4　结语

1）框支剪力墙结构应合理控制房屋刚度。在结构转换层刚度比满足《高规》要求的的前提下，应弱化上部结构，即转换层上部剪力墙尽量优化，减少墙片数量，集中布置较长墙片，刚度适中。墙片少而集中有力于结构转换。

图6　框支梁配筋图

图7　转换梁钢筋绑扎

2）墙体洞口应尽量避开转换梁端部区域，否则转换梁端部出现剪力过大，超筋现象。解决梁端剪力过大的问题，一般在梁端洞口处加腋处理，或加大梁截面（梁宽或梁高）；如采用型钢混凝土转换梁也能有效提高转换梁的截面抗剪承载能力。

3）本工程转换梁截面大，钢筋密集，因此转换梁施工中支模，钢筋绑架和混凝土浇筑难度很大。在结构设计中，转换梁的布筋应适当增大间距，便于梁混凝土振捣。在设计交底中，设计者应协助施工单位解决支模，钢筋绑扎，混凝土振捣，关键节点处理等难点问题，保证转换梁的顺利施工。

4）预应力楼板厚度较大，一般在150mm～ 250mm之间，因此楼板在外墙支座处会产生较大负弯矩。在外墙墙肢和外边梁的设计中应计入预应力板负弯矩的不利影响。外墙肢厚度不宜小于250mm，墙肢竖向钢筋应适当加强。外边梁考虑抗扭，加强梁箍筋及腰筋。

5）框支剪力墙结构房屋属于抗震不利的结构形式，抗震措施的提高势必会造成整个建筑的土建成本增加。因此在前期建筑方案阶段，结构专业应提早介入，综合考虑建筑功能、土建成本、施工难度等多方面因素提出合理建议，优化结构方案。在可能的条件下，可采用避免转换的其它结构方案（如：短肢墙结构）与结构转换方案进行对比分析，选择最佳结构方案。

[1]SATWE用户手册及技术条件，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部，2011.

[2]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]GB50011-2010，建筑抗震设计规范应用与分析[S].

[4]李国胜.多高层混凝土结构设计中疑难问题处理及算例[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

TU398+.2

C

1673-1093（2015）12-0066-04

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.015

王宇（1981），工程师，就职于中国建筑东北设计研究院有限公司，研究方向：建筑结构。

2015-07-23；

2015-08-06