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1、談高層建筑高位轉(zhuǎn)換框支剪力墻結(jié)構(gòu)設計摘 要:本文介紹了高層建筑的高位轉(zhuǎn)換框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系, 闡述了該類超限工程的性能設計、抗震措施等設計流程, 對同類工程結(jié)構(gòu)抗震設計具有一定的指導意義。 關鍵詞: 高層建筑, 高位轉(zhuǎn)換, 框支剪力墻中圖分類號：TU208文獻標識碼： A1. 工程概況1.1 建筑介紹本文介紹廣東的項目案例,工程地下6層, 地上47 層, 1 層9 層裙樓為商業(yè)層, 其中9 層為轉(zhuǎn)換層, 層高8 m,10 層為架空層, 層高5. 6 m, 11 層以上為標準層, 層高3. 3 m。房屋總高H 約173. 2 m。1.2 結(jié)構(gòu)體系及布置裙樓東面和北面布置了大截面剪力墻, 其中西南2、角和東北角、東南角墻體圍閉成四個筒體, 形成中部大核心筒和四周四個小筒體及部分Y 向剪力墻的抗側(cè)力體系, 框支柱采用鋼管混凝土柱, 轉(zhuǎn)換層板厚取300, 轉(zhuǎn)換梁及剪力墻底部加強區(qū)部分采用型鋼混凝土的結(jié)構(gòu)形式( 見圖1, 圖2) 。圖1裙褲結(jié)構(gòu)平面圖圖2標準層結(jié)構(gòu)平面圖1.3 結(jié)構(gòu)不規(guī)則及超限項目判斷1) 平面不規(guī)則: 根據(jù)satw e 模型分析, 考慮偶然偏心地震作用時, 裙樓樓層最大位移比為1.34( 9 層Y 向) , 相應層間位移角為1/ 2 544; 10 層以上主樓樓層最大位移比為1. 30( 10 層Y 向) , 相應層間位移角為1/ 1 113。按照DBJ/ T 15- 46- 3、2005 廣東省高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程補充規(guī)定, 為 類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。2) 豎向尺寸突變: 本工程9 層以上收進部位到室外地面的高度與建筑高度之比大于0. 2, 上部樓層收進后的水平尺寸為下部樓層水平尺寸的44%91%( Y 向) 和65%( X 向) 。超過JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程4. 4.5 條要求, 屬尺寸突變。3) 結(jié)構(gòu)高度: 根據(jù)JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程, 7 度區(qū)B 級高度鋼筋混凝土高層建筑部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度為120 m; 本工程總高約為171. 20 m, 高度超出該限值43%。4) 高位轉(zhuǎn)換。2. 抗震4、性能目標本工程多項超限, 故將輔以基于性能的設計方法來評價結(jié)構(gòu)在偶遇地震和罕遇地震下的性能。1) 性能目標的設定。綜合考慮超高程度和不規(guī)則程度, 本工程選用性能目標C 作為結(jié)構(gòu)抗震設防的性能目標。即: 小震下滿足性能水準1 的要求, 中震滿足性能水準2 的要求, 大震下滿足性能水準3 的要求。2) 構(gòu)件延性控制。本工程重要構(gòu)件均可滿足中震彈性要求, 其彈性剪應力水平皆控制在0.2f ck 以內(nèi)( 部分剪應力較大的構(gòu)件, 加入型鋼輔助抗剪) 。3. 結(jié)構(gòu)計算分析1) 在彈性階段, 使用SATWE, ETABS, MIDAS 三種力學軟件對結(jié)構(gòu)體系進行分析; 并對結(jié)構(gòu)進行彈性動力時程分析, 求得結(jié)5、構(gòu)的周期比、位移比、位移角、抗側(cè)剛度等總體指標滿足相關規(guī)范要求。2) 彈塑性階段, 采用PUSH-OVER 和EPDA, 選取合適的三條地震波對未配置鋼骨的結(jié)構(gòu)體系作彈塑性分析, 結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)在完成罕遇地震彈塑性分析后, 塑性鉸主要出現(xiàn)在剪力墻連梁上, 這些連梁起到了很好的耗能作用; 框支柱和框支梁沒有出現(xiàn)塑性鉸, 底部加強區(qū)剪力墻絕大多數(shù)未出現(xiàn)塑性鉸, 有周邊個別剪力墻出現(xiàn)受拉裂縫, 滿足基本不屈服且不剪切破壞的性能目標; 裙樓落地剪力墻多數(shù)未出現(xiàn)塑性鉸, 滿足基本不屈服目標。4. 抗震加強措施1) 通過幾種程序分析, 本工程薄弱層極有可能出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換層及其上一層, 故設計時著重加強這兩層的抗6、震構(gòu)造, 主要采用以下幾點: a. 采用/ 框支框架) 落地剪力墻和筒體0 的結(jié)構(gòu)體系, 框支框架、主樓范圍內(nèi)的剪力墻底部加強區(qū)的抗震等級提高至特一級; b. 框支柱擬全部采用鋼管混凝土柱, 框支梁部分采用型鋼混凝土梁, 落地核心筒和剪力墻底部加強區(qū)暗柱或加型鋼或加芯柱。2) 由于塔樓和裙樓的質(zhì)心偏心距約為16 m, 占裙樓相應方向長度的15%, 故設計時, 利用主樓周邊四個筒體及部分Y 向剪力墻等, 為裙樓提供了相當大的抗側(cè)剛度, 吸引了大量的地震荷載。同時出于對框支柱安全度考慮, 按5高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程68.1.4 條和10.2.7 條, 裙樓柱承受的剪力按總基底剪力的20%調(diào)整(7、 其中框支柱則按30%) 。轉(zhuǎn)換層板厚按300, 其上下各兩層的板厚加厚至150, 配筋雙層雙向布置, 轉(zhuǎn)換梁之間通過較強次梁連接, 加強其整體性。3) 轉(zhuǎn)換層的框支梁作為拉彎構(gòu)件設計, 設計中轉(zhuǎn)換層樓板采用彈性膜模擬, 以考慮轉(zhuǎn)換梁中軸力的不利影響。本工程框支梁上剪力墻有部分偏置, 設計中采用“沿框支梁軸線附加扭矩進行計算”和“在正交方向增設較強的次梁”等方法來解決。4) 控制框支柱、框支梁、核心筒剪力墻、落地剪力墻及剪力墻底部加強區(qū)在罕遇地震作用下的彈性剪應力水平不大于0. 2f ck。適當提高剪力墻底部加強部位( - 1 層至轉(zhuǎn)換上三層) 的配筋率至0. 6% 1. 2%, 或通過加設型8、鋼斜撐等以確保其在罕遇地震時不出現(xiàn)剪切破壞。5) 按中震彈性設計對框支柱、框支梁、核心筒剪力墻、落地剪力墻及剪力墻底部加強區(qū)進行強度設計, 以確保結(jié)構(gòu)在中震時完好或無損傷構(gòu)件; 按中震不屈服及小震彈性分析結(jié)果的大者,控制其余構(gòu)件在地震作用下基本不屈服, 部分選定構(gòu)件屈服但可修。5. 運用ABAQUS 對結(jié)構(gòu)進行最終驗證通過ABAQUS 模型分析, 得到的結(jié)構(gòu)塑性發(fā)展形態(tài)基本與此前分析結(jié)果吻合。結(jié)果顯示:1) 由于結(jié)構(gòu)彈性剛度富余較大, 罕遇地震人工波作用下結(jié)構(gòu)層間位移角較小, 滿足/ 大震不倒0 的基本要求; 2) 轉(zhuǎn)換層上層的5. 5 m 層高對結(jié)構(gòu)位移角曲線有較明顯影響, 該層底部剪力墻有9、個別墻肢開裂, 但未出現(xiàn)混凝土壓碎狀況; 3) 高位轉(zhuǎn)換層是本結(jié)構(gòu)最為關鍵的部位, 雖已采用了中震彈性及局部設置鋼骨等措施, 但仍有個別轉(zhuǎn)換梁出現(xiàn)損傷, 還需繼續(xù)補充鋼骨; 4) 轉(zhuǎn)換層及其以下核心筒剪力墻由于采用了中震彈性配筋和局部添加鋼骨,暗撐等措施, 抗震性能較好, 但與轉(zhuǎn)換梁相連位置的角部有局部開裂, 需重新予以加強; 5) 鋼管混凝土框支柱除頂部和底部開裂外, 未出現(xiàn)混凝土受壓損傷和鋼筋塑性應變, 抗震性能良好; 6) 高位轉(zhuǎn)換層厚板在靠近西南角和東南角剪力墻筒體附近應力集中現(xiàn)象非常明顯, 本工程采用了300 厚的樓板和三層雙向配筋收到良好的效果, 基本沒有出現(xiàn)樓板壓碎, 有效保證了10、地震力從上部剪力墻向下部各核心筒的傳遞。6. 結(jié)語1) 必須重視轉(zhuǎn)換層樓板剛度的重要性, 特別是復雜高層的高位轉(zhuǎn)換, 上部結(jié)構(gòu)的水平剪力只有通過具有足夠剛度的轉(zhuǎn)換層樓板, 才能較好地傳遞給框支層。2) 對于高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)換層及其上一層一般情況下皆為結(jié)構(gòu)的薄弱層, 最大位移角及最大內(nèi)力突變都出現(xiàn)在這里, 設計時應重點加強此兩層, 保證其具有足夠的剛度和承載力。3) 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)換層以下框支結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能過小, 方可保證轉(zhuǎn)換層上下位移角及剪力突變不致太大。這也是保證結(jié)構(gòu)在罕遇地震下實現(xiàn)/ 大震不倒0 目標的重要措施。參考文獻:1 JGJ 3- 2002, 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程 S .2 DBJ/ T 15- 46- 2005, 廣東省高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程補充規(guī)定 S .