观澜工程项目剪力墙结构的设计

　　工程场地位于深圳市宝安区观澜街道办，场地南侧为环观南路，东、西、北侧分别为在建的一、二、三号路。场地拟建建筑物有超高层4栋(编号G01~G04，其中G01、G04层数为38层，塔楼高度为129.0m，G02、G03层数为41层，塔楼高度为138.9m)结构类型为框架-剪力墙结构，地下室共五层，地下室第五层局部为人防区，人防区为甲类防空地下室，抗力级别为核6级常规6级。

　　2.结构方案及布置

　　该工程一、二层为商业建筑,需要有较大的开间及空间,上部住宅的剪力墙无法落地,经多种方案分析比较,决定采用部分框支一剪力墙结构体系,抗震等级为一级。工程的转换层结构及标准层结构布置见图1和图2。

　　图1转换层结构布置图

　　图2标准层结构布置图

　　在结构布置时,平面布置应力求简单、均衡,使水平荷载的合力中心与结构刚度中心重合,避免扭转的不利影响。落地剪力墙和框支柱的布置对于防止转换层下部结构在地震中倒塌起十分重要作用。底部必须落地剪力墙,落地纵横剪力墙最好成组布置,落地的向剪力墙数目与横向剪力墙总数目之比,前面已经确8度抗震设防,不宜少于50%。本工程在楼电梯成组布置落地剪力墙,在计算中取得较好结果。另外在柱网布置时,落地剪力墙与相邻框支柱的距离,1~2层框支层时不宜大于12m,以满足底部大空间楼层板的平面内刚度要求,使转换层上部剪力能有效地传递给落地剪力墙,而框支柱只承受较小的剪力。本工程在方案阶段也考虑到这一点,使落地剪力墙与相邻框支柱的距离小于12m。

　　竖向布置时,主要是要控制转换层上、下刚度的突变。部分框支剪力墙结构容易形成下柔上刚,应尽量强化转换层下部的结构刚度,弱化转换层上部的结构刚度。本工程大空间层数为2层,商业部分裙房也就增加了底层的刚度。《高规》规定底部大空间层数大于1层时,其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比re宜接近,抗震设计时re不应大于1.3。本工程等效侧

　　向刚度比re=0.77满足规定要求。

　　3.结构计算与分析

　　本工程结构整体计算分析采用SATWE(新规范)2008年10月版本(三维壳元有限模型)软件。按考虑扭转藕联振动(前6个振型)进行计算。上部结构的嵌固端位于人防地下室顶板;地震作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑5%的偶然偏心地震作用下的扭转影响。

　　主要结果如下：(选取前6个振型)

　　表5.1结构自振周期(G01栋)

　　振型号周期(S) 平动系数扭转系数

　　1 3.0005(T1) 1.00(x) 0.00

　　2 2.7029(T2) 0.99(y) 0.01

　　3 2.3037(Tt) 0.01 0.99

　　4 0.9726 1.00(x) 0.00

　　5 0.7036 0.98(y) 0.02

　　6 0.6723 0.05 0.95

　　Tt/T1 0.7678

　　表5.2结构自振周期(G02栋)

　　振型号周期(S) 平动系数扭转系数

　　1 3.8170(T1) 1.00(x) 0.00

　　2 3.1517(T2) 1.00(y) 0.00

　　3 2.3715(Tt) 0.01 0.99

　　4 1.2226 1.00(x) 0.00

　　5 0.7513 1.00(y) 0.00

　　6 0.7049 0.96 0.04

　　Tt/T1 0.6213

　　表5.3主要控制参数(G01+G02多塔)

　　作用方向 X Y

　　结构刚重比 2.90 5.37

　　楼层最小剪重比 1.14% 1.58%

　　有效质量系数 98.10% 94.05%

　　裙房竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.02 1.32

　　裙房竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.02 1.32

　　塔楼(G01栋)竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.07 1.26

　　塔楼(G01栋)竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.12 1.28

　　塔楼(G02栋)竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.02 1.14

　　塔楼(G02栋)竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.10 1.13

　　楼层层间最大位移与层高之比的最大比值地震 1/1205 1/1687

　　风荷载 1/1122 1/961

　　注：楼层层间最大位移与层高之比的允许值为1/800。

　　表5.4结构自振周期(G03栋)

　　振型号周期(S) 平动系数扭转系数

　　1 3.7606(T1) 1.00(x) 0.00

　　2 3.1149(T2) 1.00(y) 0.00

　　3 2.3093(Tt) 0.01 1.00

　　4 1.2231 1.00(x) 0.00

　　5 0.7426 1.00(y) 0.00

　　6 0.7196 0.99 0.01

　　Tt/T1 0.6141

　　表5.5结构自振周期(G04栋)

　　振型号周期(S) 平动系数

　　扭转系数

　　1 2.8959(T1) 0.99(x) 0.01

　　2 2.7009(T2) 0.99(y) 0.01

　　3 2.2360(Tt) 0.03 0.97

　　4 0.8978 0.96(x) 0.04

　　5 0.7099 0.79(y) 0.21

　　6 0.6555 0.28 0.72

　　Tt/T1 0.7721

　　表5.6主要控制参数(G03+G04多塔)

　　作用方向 X Y

　　结构刚重比 3.28 5.39

　　楼层最小剪重比 1.20% 1.55%

　　有效质量系数 97.23% 92.80%

　　裙房竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.04 1.30

　　裙房竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.05 1.31

　　塔楼(G03栋)竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.04 1.15

　　塔楼(G03栋)竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.11 1.16

　　塔楼(G04栋)竖向构件最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 1.11 1.15

　　塔楼(G04栋)竖向构件最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 1.15 1.18

　　楼层层间最大位移与层高之比的最大比值地震 1/1281 1/1739

　　风荷载 1/1168 1/955

　　在进行结构计算时,要进行内力调整。根据转换层位置的不同,框支柱数目的多少,对框支柱及落地剪力墙的剪力作相应的调整。底层落地剪力墙承担该层全部剪力。底层框支柱承担20%~30%的底层剪力。本工程框支柱数目大于10,转换层位置为2层,每层框支柱承受地震剪力之和应取基底剪力的20%。若框支柱与钢筋混凝土剪力墙相连成为剪力墙的端柱,则沿剪力墙平面内方向统计时端柱不计入框支柱的数目,沿剪力墙平面外方向统计时端柱计入框支柱的数目。

　　根据抗震规范对侧向不规则的定义,应使三层与二层的侧向刚度比大于70%,本工程为0.89,满足要求,即使这样也应将第二层定义为薄弱层。在进行计算时,还发现转换层上一层剪力墙超筋现象严重,从超限信息上看分三种情况,一种是超筋情况,另一种是抗剪不满足要求,第三种是两种情况均存在。经过分析和试算,对于超筋情况,可以增加墙的长度,增加了力臂,可消除超筋现象。对于第二种情况,可以减小墙的长度,也就减少了剪力墙的地震剪力。对于第三种情况,可以增加墙长和增加墙厚,使之满足设计要求。按照这个思路试算,最后将所有超限墙肢都调到合理范围内。在计算中,还出现过施工缝超限现象,对于这种情况,笔者认为,对于短肢剪力墙可以不去考虑,按规范和计算结果,增大全截面配筋即可,对于长肢剪力墙,还是要进行试算,可以减少墙长和增加墙厚,使施工缝截面受剪承载力满足规范要求。

　　4.转换层楼板设计

　　框支剪力墙结构转换层上下两部分的内力分布是不相同的。转换层上部结构,外荷载产生的水平力是按各片剪力墙的等效刚度比例分配,而转换层下部结构,由于框支柱和落地剪力墙的刚度差异,水平剪力主要集中在落地剪力墙上,在转换层处荷载分配产生突变。转换楼板承担着完成上下部剪力重分配的任务,并且转换层楼板自身平面内受力很大,变形也很大,所以转换层楼板必须有足够的刚度,本工程转换层楼板采用C35混凝土,厚度180mm,双层双向钢筋,配筋率达到0.418%。另外,为了协助转换层楼板完成剪力重分配,将该层以上一层及下一层楼板适当加强,均取厚度140mm。

　　参考文献：

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　　[3]张连生,刘德龙.高层建筑混凝土剪力墙设计要点[J].吉林勘察设计,2007,(01).

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　　[5]王明,黄双凤,陈涛,王顺利.关于剪力墙结构中梁设计问题的探讨[J].陕西建筑,2009,(10).

　　[6]吴铭辉.底部大空间剪力墙结构抗震概念设计[J].山西建筑,2006,(14)