部分框支剪力墙结构与普通剪力墙结构的经济性对比★

刁泽民 陈 凯

(华南农业大学水利与土木工程学院，广东 广州 510642)



部分框支剪力墙结构与普通剪力墙结构的经济性对比★

刁泽民 陈 凯

(华南农业大学水利与土木工程学院，广东 广州 510642)

结合某11层商住楼工程概况，提出了首层转换部分框支剪力墙和无转换层剪力墙两种结构形式，利用广厦结构CAD软件计算了内力和配筋，并通过广厦概预算系统分析了单方含钢量和结构造价，比较了两种结构方案的经济性，结果表明，两种结构形式的经济指标差别不明显，为了适应商住楼的功能要求，实现首层大空间，建议优先采用带转换层的结构形式。

剪力墙结构，转换层，经济指标，结构方案

0 引言

相对于普通剪力墙结构，部分框支剪力墙结构的框支层和下部楼层竖向构件间距较大，剪力墙数目较少，可以更好地满足建筑功能要求。

有关转换层对剪力墙结构抗震性能影响的研究已有不少成果。荣维生[1]通过对无转换层结构和转换板设置在第3层顶的结构分析，结果表明：转换层的存在使下部结构振型层间位移角数值加大，结构基本振型表现得更加明显。转换层所在的位置作为上、下结构变形的转折处，表现得更为突出。董堃[2]指出，布置转换层容易造成竖向抗侧力构件的不连续、楼层侧向刚度及楼层受剪承载力的突变。这些研究均说明了布置转换层使结构不利于抗震。

为了加强结构的抗震性能，规范规定必须要将结构的抗震等级提高一级和加大结构的底部加强范围，导致钢筋用量增加。《高层建筑混凝土结构技术规程》[3]同时规定，框支转换层楼板厚度不宜小于180 mm，每层各方向的配筋率不宜小于0.25%。而一般楼层现浇楼板厚度不应小于80 mm，配筋率均不宜小于0.10%。文献[4]指出，现浇钢筋混凝土结构中楼板的混凝土用量占整个楼盖混凝土用量的50%以上，楼板的钢筋用量约占整个楼盖钢筋用量的20%。因此，转换层的耗材往往高于非转换层。尽管转换层的耗材往往高于非转换层，但因为整体结构受力影响复杂，总钢筋量也随之受到影响。目前，有关商住楼结构方案经济性对比的研究未见，因此，商住楼结构方案经济性对比是有意义的工作。

1 结构方案

研究对象为一幢高40.8 m，无地下室的11层商住综合楼，抗震设防烈度为7度，丙类抗震设防。其他设计参数：设计基本地震加速度值为0.10g，场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第一组，基本风压值0.7 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。首层平面图、3层～11层平面图分别如图1,图2所示。

分别以纯剪力墙和首层转换部分框支剪力墙两种结构方案对此商住楼进行结构设计，两种结构方案分别记为方案1和方案2。两结构方案在初始建模时2层以上采用相同的结构。方案1中结构上层竖向构件直接贯通至地面，第一结构层的楼板和梁均与上层一致。方案2采用梁式转换层将上层剪力墙结构转换为框剪结构。框支层楼板与转换梁的设计按照规范的要求进行设计。转换梁的截面高度取1 500 mm，截面宽度取500 mm，转换层楼板厚度取180 mm。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，对于设防烈度为7度，高度小于80 m的结构，剪力墙结构的抗震等级为三级，而部分框支剪力墙结构的底部加强部位的剪力墙、框支框架和非底部加强部位的剪力墙的抗震等级分别为二级、二级和三级。另外，文献[5]指出，当裙楼与主楼相连时，相关范围(一般指主楼周边外延不少于三跨的裙楼结构)内裙楼的抗震等级不应低于主楼的。本工程中，裙房伸出主楼周边外延只有两跨，主楼高度只有40.8 m。因此，方案1的主楼和裙房的抗震等级均为三级。方案2的主楼中的底部加强部位的剪力墙、框支框架和裙房的抗震等级均为二级、主楼的非底部加强部位剪力墙的抗震等级为三级。方案1和方案2的第一结构层平面布置图分别如图3,图4所示，3层～11层的结构平面布置图如图5所示。

2 结构计算与验算

两种结构方案均采用广厦结构CAD进行内力和配筋计算。经过反复调整，最后结果显示侧向刚度比、位移比、周期比、重力二阶效应及结构稳定、地震作用的剪重比、倾覆力矩、楼层层间抗侧力结构的承载力比值等各种指标均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》[6]的要求。同时，结构的位移比均小于1.4，根据文献[7]，不考虑双向地震。在AutoCAD自动生成的施工图中，均满足挠度裂缝要求，均满足规范中的各种指标是经济指标能够对比的基础。主要整体合理性指标对照表如表1所示。

表1 主要整体合理性指标对照表

参数最小侧向刚度比最大层位移比周期比/%最大层间位移角方案11.101.2779.101/3583方案21.101.3383.791/2255

3 经济性对比

笔者采用广厦结构CAD的平法配筋模块进行配筋。所有钢筋统一选用HRB400级钢筋。应用广厦概预算系统计算单方含钢量和结构造价，两种结构方案的工程整体经济指标对照表如表2所示。

表2 工程整体经济指标对照表

文献[8]指出，近年来，开发商为了追求利益的最大化，在签订设计合同时都把含钢量作为一个指标来限制。对于工程师来说，单方含钢量和工程造价是主要的经济指标。从表2可以看出方案2的单方含钢量(程序算出的单方含钢量未考虑楼梯、非砖混结构的构造柱和水池等其他的一些非主要构件的钢筋)比方案1的高2.398 kg/m2，即高8%。方案2的结构工程造价比方案1的高5.548万元，即高3.4%。此外，文献[8]指出，对于剪力墙结构住宅的标准层，小高层的单方含钢量一般在25 kg/m2～50 kg/m2。可以看出这两种结构方案的单方含钢量均在正常范围内。两种结构方案的工程分层指标对照表和分部工程分费汇总对照表分别如表3，表4所示。

表3 工程分层指标对照表

表4 分部工程分费汇总对照表 元

从表3中可以看出，在1层～3层，部分框支剪力墙结构的钢筋和混凝土用量均比普通剪力墙的高，而在4层～11层(对应于部分框支剪力墙的非底部加强楼层)，部分框支剪力墙结构的钢筋和混凝土用量均比普通剪力墙的低。从表4可以看出虽然部分框支剪力墙的钢筋混凝土工程造价比普通剪力墙的高，但是在模板工程造价方面，部分框支剪力墙比较有优势。

4 结语

单方含钢量和结构工程造价是结构工程师最为关心的两个经济指标。通过计算得出，一幢11层商住楼(建筑面积约为7 000 m2)，采用首层为转换层的结构方案的模板工程造价和大部分上层的钢筋和混凝土用量比普通剪力墙的低。采用首层为转换层的结构的单方含钢量和结构工程造价确实比不带转换层的结构的高，但是差别不明显。单方含钢量仅仅相差2.398 kg/m2，结构工程造价仅仅相差5万元。而且采用转换层能够使转换层及以下楼层的空间布置灵活，在销售上能体现出经济效益，可以抵消一部分因采用转换层而增加的费用。为了适应商住楼的功能要求，实现首层大空间，建议优先采用带转换层的结构形式。

致谢：感谢李文雄老师对论文的撰写和修改提出了宝贵的意见。

[1] 荣维生.板式转换结构转换层位置对高层建筑抗震性能的影响[J].建筑科学，2004，20(4)：2-7.

[2] 董 堃.高层建筑梁式转换层结构实用设计方法探讨[J].工业建筑，2009，39(sup)：265-269.

[3] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4] 陆海燕.楼板的优化设计研究[J].工程建设与设计，2014(1)：29-31.

[5] 黄小坤.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)修订[J].建筑结构，2011，41(11):1-7.

[6] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[7] 黄小坤.《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)若干问题解说[J].土木工程学报，2004，37(3):1-11.

[8] 邓 晟.高层住宅的含钢量控制[J].福建建筑，2011(10):40-42.

[9] 蒋 宇.浅谈剪力墙结构中墙体布置与经济性[J].建筑结构，2011，41(sup)：46-48.

Economic comparative analysis on partial frame supported shear wall structure and common shear wall structure★

Diao Zemin Chen Kai

(College of Water Conservancy and Civil Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Combining with the 11-story commercial residential building engineering conditions, put out a partial frame supported shear wall structure with the first layer conversion and a common shear wall structure. Guangsha structure CAD is used for the calculation of internal force and reinforcement. Guangsha budget system is used for the calculation of unilateral steel content and structural cost. At last, it makes a comparison on the economic performance of two structural scheme. It turns out that the difference of economic indicators is not obvious. In order to adapt to the requirements of commercial and residential building that it need a big space in the first floor, it suggests that we should take the form of structure with conversion layer first.

shear wall structure, conversion layer, economic index, structure scheme

1009-6825(2017)08-0028-03

2017-01-04★：华南农业大学教育教学改革与研究项目

刁泽民(1996- )，男，在读本科生； 陈 凯(1974- )，男，博士，副教授

TU398.2

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