【提要】大底盘框支剪力墙结构设计中结构布置优化及超长结构设计应注意的一些事项
　　【关键词】建筑 结构设计
　　TU318
　　1. 工程概况：
　　凯里豪升星城位于凯里市中心区老一中旁，占地面积3143平方米，建筑面积11万平方米（住宅面积8.9万平方米，商场面积7505平方米，地下室1.35万平方米）。地下室和裙房长158米，宽39.5米，上部结构分为四个塔楼。1、2号楼为一个塔，3号楼为一个塔楼，4号楼为一个塔楼，5号楼为一个塔楼。如下图示：
　　
　　全埋地下室两层-9.000~±0.00m,地下室顶0.00米为结构嵌固端。裙房屋面标高5.4m,转换层设在上一层标高11.4m处，底部为两层框支层。塔楼屋顶标高95.50m。建筑功能：地下二层为设备用房和车库，地下一层为车库，裙房为商场，架空转换层为管理用房，转换层以上为住宅。
　　2.结构设计：
　　凯里豪升星城结构设计时间2008年1~3月，执行《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001、《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2004、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 （2008年版)、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006年版）、《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002、《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《贵州建筑地基基础设计规范》DB22/45-2004、《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003和现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定。
　　凯里豪升星城地下两层（-9.00~0.00m）;地上高度：1、2号楼（30层）89.70米，3、4、5号楼（32层）95.50米。地下室顶0.00米为结构嵌固端。裙房屋面标高5.4m,转换层设在上一层标高11.4m处，底部为两层框支层。主体结构设计使用年限50年，建筑结构的安全等级为二级。抗震设防类别为丙类建筑。基本风压：0.35KN/M2。基本雪压：S0= 0.25KN/M2。本工程抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05g（第一组）,场地类别II类，特征周期值0.35（s）。
　　根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002本工程属于A级高度钢筋混凝土复杂高层建筑，结构类型为框支剪力墙。抗震等级：框支框架为二级，底部加强部位剪力墙为二级，非底部加强部位剪力墙为三级。底部加强部位范围：框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。（在17.2m标高以下）
　　 结构设计时，由于建筑结构上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地，结合建筑修建经济性和施工的可靠性在轉换层布置转换梁式转换构件。为保证底部结构有合适的刚度、强度、延性和抗震能力，尽量强化转换层下部的结构刚度，按规范要求设置落地剪力墙，为满足建筑功能和面积要求，落地剪力墙采用较厚墙（厚500mm）；弱化转换层上部的结构刚度，采用较薄剪力墙（厚200mm），筒体内电梯分格墙转换层下部为钢筋混凝土剪力墙，转换层上部采用梁抬轻质砌块填充墙；转换层以上剪力墙尽量采用T型、L型剪力墙，局部采用一字型剪力墙，剪力墙墙肢截面高度尽量采用一般剪力墙（墙长1800mm），局部采用短肢剪力墙。结构布置力求简单、规则、均衡对称，尽可能使水平荷载的合力中心与结构刚度中心接近，减小扭转的不利影响；注意结构竖向抗侧力刚度的均匀性。结构的楼盖全部采用现浇式楼盖；楼盖厚度：地下室顶板厚200mm；裙房楼板厚120mm；裙房屋顶板厚140mm；转换层楼板厚180mm；转换层上一层楼板厚120mm；转换层上部标准层楼板厚100mm；塔楼屋面板厚120mm。地下室顶板采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%；转换层楼板采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%；塔楼屋面板采用双层双向配筋。
　　转换层下部结构框架设计成双向梁柱墙抗侧力体系。框架梁、柱中心线尽量重合，当梁、柱中心线不能重合时，计算中考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。当梁、柱中心线的偏心距＞该方向的1/4柱宽时，采取增设梁的水平加腋措施，如下图示：
　　 柱、剪力墙混凝土强度：基顶至转换层上一层C50，转换层上一层至上三层C40，转换层上三层至上四层C35，转换层上四层以上均为C30。
　　梁混凝土强度：基顶至裙房顶C40，转换层C50，转换层上一层至上二层C40，转换层上三层C35，标准层至屋顶C30。
　　板混凝土强度：基顶至裙房顶C30，转换层C40，转换层以上均为C30。梁柱节点混凝土强度相差大于一级时按下图浇注：
　　
　　
　　 结构计算分析：本工程计算采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列软件SATWE（2005年04月版，用户号8225）。对软件的计算结果分析，结构的整体和各构件的受力均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002和相关规范的要求。例如1、2号楼的计算结果显示：
　　高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比：
　　X方向下部刚度= 0.2038E+08 X方向上部刚度= 0.1201E+08 X方向刚度比= 0.5628
　　Y方向下部刚度= 0.2027E+08 Y方向上部刚度= 0.1295E+08 Y方向刚度比= 0.6107 满足高规附录E 转换层上、下结构侧向刚度规定。
　　结构整体稳定验算结果：
　　X向刚重比 EJd/GH**2=6.45
　　Y向刚重比 EJd/GH**2=6.65
　　该结构刚重比EJd/GH**2大于1.4,能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算
　　该结构刚重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考虑重力二阶效应
　　周期、地震力与振型输出文件：
　　振型号周 期转 角平动系数 (X+Y) 扭转系数
　　1 2.4523104.680.95 ( 0.06+0.88 )0.05
　　2 2.3785 10.130.90 ( 0.87+0.03 )0.10
　　3 2.0802 49.150.15 ( 0.07+0.09 )0.85
　　Tt=2.0802 T1=2.4523 Tt/ T1=0.848<0.85 满足高规要求。
　　X 方向地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.23
　　X方向最大值层间位移角:1/2871.
　　X-5% 偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.16
　　X方向最大值层间位移角:1/3390
　　X+5% 偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.31
　　X方向最大值层间位移角:1/2486
　　Y 方向地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.18
　　Y方向最大值层间位移角:1/3057
　　Y-5% 偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.26
　　Y方向最大值层间位移角:1/2928
　　Y+5% 偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.11
　　Y方向最大值层间位移角:1/3197
　　X 方向风荷载作用下的楼层最大位移和层间位移比值：1.18
　　向最大值层间位移角:1/2888
　　Y 方向风荷载作用下的楼层最大位移和層间位移比值：1.09
　　Y方向最大值层间位移角:1/5711
　　经分析计算结果满足规范要求，可作为工程设计的依据。经计算地下室结构的楼层侧向刚度大于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍，地下室顶板可作为上部结构嵌固部位。
　　基础设计：本工程地基基础设计等级级，场地类别II类，场地内岩溶中等发育，地基持力层为中风化白云岩fa=6000KPa。基础形式为人工挖孔桩基础和柱墙下扩展基础。钻探未揭露地下水，场地为干燥场地，地下室设计不考虑抗浮水位的影响。基础混凝土采用C30，
　　基础混凝土的抗渗等级P6级。基础设计按《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002、《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《贵州建筑地基基础设计规范》DB22/45-2004设计。由于基础置于完整的硬质岩石地基上，场地内岩溶中等发育，设计注明基础须置于完整中风化岩层上，并使基底5m和3倍桩经（3倍基础底面宽度）范围内无溶洞，在应力扩散角范围内无岩体临空滑移面，且应控制相邻两桩底的高差小于两桩中心距。桩基的竖向承载力、水平承载力和构造要求均符合《建筑桩基技术规范》JGJ94的有关规定。柱下扩展基础除验算竖向承载力和冲切承载力还须按《贵州建筑地基基础设计规范》DB22/45-2004柱、墙边以及变阶处基础受剪承载力，基础底面不宜出现零应力区，经计算基础承载力和构造均满足规范要求。
　　 地下室设计：本工程地下室结构超长，考虑防水问题，地下室不设缝，每隔30m~40m设置贯通顶板、底板及墙板的施工后浇带。地下室外墙及底板、顶板混凝土中添加可靠的外加剂，后浇带采用高一级的添加膨胀剂的补偿收缩混凝土，要求混凝土水中养护14d限制膨胀率分别为：板梁0.02~0.025%、墙0.025~0.03%、后浇带0.03~0.035%，地下室混凝土的抗渗等级P6级。地下室外墙其竖向和水平分布钢筋采用双层双向布置，钢筋间距120mm。配筋满足水土压力及地面荷载侧压作用下承载力要求外，配筋率不小于0.3%。墙体中部和顶端300~400mm范围内水平筋间距为100mm。地下室外墙X向超长宜于出现竖向收缩裂缝，设计时提高水平筋的配筋率使其大于0.4%。地下室顶板作为结构嵌固端，地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积除符合计算要求外，不少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍。
　　本工程设计计算和构造均满足现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定。送设计审查合格，无违反强制性条文。本工程设计和施工严格执行现行国家及行业的建筑结构设计规范、规程及规定，于2010年12月作为合格工程通过竣工验收，并交付使用。
　　
　　参考文献：《全国民用建筑工程设计技术措施》（结构）
　　《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003
　　《高层结构设计》 赵西安 编著
　　《建筑工程勘察设计常见问题及处理》 贵州省工程勘察设计协会编
　　2011-11-14
　　(Shi Xiu Hu （Gui Zhou Province Architectural Desing ＆ Research institute Gui Yang 550002,China）
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。