论文部分内容阅读
摘要：高层建筑在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，作为建筑学科最基本的知识架构，我们需要对高层建筑展开深层次的研究和学习，而框架剪力墙结构作为高层建筑结构形式，被广泛应用在住宅和商业办公建筑结构中，以此为基础，为了实现此类高层框架剪力墙结构的整体优化，提高结构设计的科学性、经济学、本文通过某项目实例，对框架混凝土剪力墙结果的优化设计进行分析。
关键词：高层；剪力墙；结构；实例
中图分类号:TU398+.2 文献标识码：A
引言
随着房地产市场的不断发展，高层建筑越来越多。高层建筑结构的合理设计成为了业界关注的焦点。目前，框架剪力墙结构是大多数高层建筑采用的结构体系。这样的结构体系能够使建筑空间设计更加灵活，满足建筑物各项使用功能的需求。另一方面，框架剪力墙具有良好的整体性、延性以及较高的承载力，能够有效的吸收地震了力，降低结构本身的侧移，因而在高层建筑结构体系设计中得到了广泛的应用。
1 工程概况
广东省广州某住宅办公楼，地上为25层综合办公楼，建筑总高度为104.7m，建筑面积为28.8万m2,该建筑平面外形设计如图1，平面投影尺寸长55.7m（中轴线），宽26m。该建筑经过论证最终采用剪力墙结构类型，由剪力墙来直接承受建筑物的水平以及竖向荷载。由于剪力墙结构其墙体全部由钢筋混凝土所构成，因此其自身平面内具有较大的抗侧刚度，能够有效地抵抗较大的水平侧向力。
图1、高层住宅办公楼楼标准层建筑平面图
其中H轴~J轴之间为建筑集中布置的垂直交通通道，楼板缺失，沿X向楼板有效宽度为42%<50%，属于楼板不连续结构。32轴~33轴局部凸出的平面尺寸L=9.35m，b=6m，L/b=1.55<2.0,尽管满足规范要求，单32轴、33轴相对于27轴、28轴Y向刚度明显偏小。结构布置对该处重点考虑，即33轴设置剪力墙，32轴楼递间处布置3m 宽平台板，以保证其与整体结构的协同工作；32轴交G轴、K轴处设置剪力墙，这两片剪力墙生根于地下室顶板框支梁上，构件间断，属于竖向不规则结构。
2 竖向体系特点与布置
结構竖向（如图2）标准层层高4.2m，其中首层为办公楼大厅两层通高，层高8m。针对首层层高的突变，首层剪力墙墙厚取450mm，剪力墙贯通或加长，以增加首层的抗侧力刚度，避免结构竖向刚度突变。结构沿X 向三跨在立面上收进两次，形成错落层次。+78.3m 标高处上部楼层结构缩进38%＞25%，尺寸突变，属于竖向不规则结构。
图2、该楼剖面图
3 主要抗震加强措施
3.1 针对平面不规则的加强措施
⑴ H轴~J轴板厚取150mm，采用双层双向通长配筋并提高配筋率，加强楼板刚度。
⑵ 洞口边缘均设置边梁，增强楼板的整体性。
⑶ 32~33轴平面凸出部位楼板板厚150mm，并与相邻楼板钢筋贯通，加强凸出部位与结构主体的联系，保证整体结构的协同工作。
3.2 针对竖向不规则的加强措施
⑴ +78.4m、+91.0m 标高处楼板板厚取150mm，双层双向加强配筋，提高楼盖的整体性，保证水平力的可靠传递。
⑵ 高位收进部位上、下层剪力墙及框架柱配筋加强，同时框架柱箍筋全长加密，加强高位收进处结构竖向构件的抗震性能。
⑶ 32轴构件间断处，由于结构平面在该轴处向外凸出， 因此该轴线上的2片剪力墙对结构凸出部分在Y 向的约束作用非常重要。出于这样的考虑，在施工图阶段笔者与建筑、设备等其他专业及业主多次沟通， 终于在满足建筑功能及业主要求的前提下将上述剪力墙延伸到基础，避免了该项不规则。
4 结构计算分析
4.1 主要参数
本工程结构安全等级二级；属丙类建筑，所在地区抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组，场地类别Ⅲ类，场地特征周期0.45s，主楼框架抗震等级三级，剪力墙抗震等级三级。考虑到本工程的重要性及其对风荷载的敏感性，基本风压按100 年重现期考虑，取W0=0.5kN m2。
4.2 主要结构计算方法
采用SATWE 和PMSAP两个不同力学模型的空间分析软件进行整体计算。采用振型分解反应谱法（CQC），振型数取30个，振型有效质量系数>90%。
另外，本工程采用弹性时程分析法进行补充计算，加速度时程曲线选取SATWE提供的2组天然波TH3TG055、TH4TG055 及1组人工波RH3TG055。
主要分析结果见表1。
表1 弹性时程分析计算结果
时程曲线类型 底部地震剪力（KN）
X向 Y向
RH3TGO55（人工波） 3850.8 4777.8
TH3TGO55（天热波） 2711.4 3492.7
TH4TGO55（天热波） 3765.6 3954.4
平均值 3442.6 4074.9
CQC 3583.1 4199.5
4.3 分析判断
通过计算分析结构层间位移角<1800，满足规范要求，说明结构具有足够的刚度，能满足结构的承载力、稳定性和使用要求。结构周期比、位移比作为控制结构扭转效应的重要指标，均满足规范的要求。通过计算SATWE与PMSAP 的计算结果较吻合，可以认为本工程结构体系布置合理，计算结果是可信的。在时程分析中，各条时程曲线计算所得的结构底部剪力最小值均大于振型分解反应谱法求得底部剪力的65％，各条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型分解反应谱法求得底部剪力的80％，满足规范要求。
5 结语
本工程为存在3项超限（楼板不连续，高位收进，扭转不规则位移比>1.2）的不规则超限高层，初步设计方案顺利通过了抗震专项审查，现已竣工。总结本工程的设计实践，对类似的复杂高层建筑结构设计，笔者有以下几点体会可供参考：
5.1 建筑、设备等其他专业对于结构抗震概念设计往往不理解、不重视，结构专业应尽早参与，从方案阶段对结构体系进行把握， 对于特别重要的结构部位、结构构件应尽量避免“硬做”，使结构“简单化”。
5.2 结构工程师对于高层建筑应特别重视抗震概念设计，对于结构布置应精雕细琢，除竖向荷载下结构传力明确、简单以外，结构在水平作用下也应有直接和明确的传力途径， 这样结构在水平荷载作用下的反应和内力分布规律都比较明确, 结构薄弱部位易于把握,设计人员才能充分采取构造加强措施，确保结构的整体抗震性能。
5.3 高层结构计算往往包含了极大的计算工作量，结构工程师一定要准确建模，慎重选用计算参数，并对电算结果认真进行分析，才能确保结构安全稳定。
参考文献
[1]GB 50011-2001 建筑抗震设计规范［S］
[2]JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程［S］
[3]刘拥军.浅谈高层剪力墙结构的设计[J].沿海企业与科技，2012（01）
[4]李晓娟，安永强.浅谈小高层住宅短肢剪力墙结构设计[J].土木建筑学术文库，2011（05）
关键词：高层；剪力墙；结构；实例
中图分类号:TU398+.2 文献标识码：A
引言
随着房地产市场的不断发展，高层建筑越来越多。高层建筑结构的合理设计成为了业界关注的焦点。目前，框架剪力墙结构是大多数高层建筑采用的结构体系。这样的结构体系能够使建筑空间设计更加灵活，满足建筑物各项使用功能的需求。另一方面，框架剪力墙具有良好的整体性、延性以及较高的承载力，能够有效的吸收地震了力，降低结构本身的侧移，因而在高层建筑结构体系设计中得到了广泛的应用。
1 工程概况
广东省广州某住宅办公楼，地上为25层综合办公楼，建筑总高度为104.7m，建筑面积为28.8万m2,该建筑平面外形设计如图1，平面投影尺寸长55.7m（中轴线），宽26m。该建筑经过论证最终采用剪力墙结构类型，由剪力墙来直接承受建筑物的水平以及竖向荷载。由于剪力墙结构其墙体全部由钢筋混凝土所构成，因此其自身平面内具有较大的抗侧刚度，能够有效地抵抗较大的水平侧向力。
图1、高层住宅办公楼楼标准层建筑平面图
其中H轴~J轴之间为建筑集中布置的垂直交通通道，楼板缺失，沿X向楼板有效宽度为42%<50%，属于楼板不连续结构。32轴~33轴局部凸出的平面尺寸L=9.35m，b=6m，L/b=1.55<2.0,尽管满足规范要求，单32轴、33轴相对于27轴、28轴Y向刚度明显偏小。结构布置对该处重点考虑，即33轴设置剪力墙，32轴楼递间处布置3m 宽平台板，以保证其与整体结构的协同工作；32轴交G轴、K轴处设置剪力墙，这两片剪力墙生根于地下室顶板框支梁上，构件间断，属于竖向不规则结构。
2 竖向体系特点与布置
结構竖向（如图2）标准层层高4.2m，其中首层为办公楼大厅两层通高，层高8m。针对首层层高的突变，首层剪力墙墙厚取450mm，剪力墙贯通或加长，以增加首层的抗侧力刚度，避免结构竖向刚度突变。结构沿X 向三跨在立面上收进两次，形成错落层次。+78.3m 标高处上部楼层结构缩进38%＞25%，尺寸突变，属于竖向不规则结构。
图2、该楼剖面图
3 主要抗震加强措施
3.1 针对平面不规则的加强措施
⑴ H轴~J轴板厚取150mm，采用双层双向通长配筋并提高配筋率，加强楼板刚度。
⑵ 洞口边缘均设置边梁，增强楼板的整体性。
⑶ 32~33轴平面凸出部位楼板板厚150mm，并与相邻楼板钢筋贯通，加强凸出部位与结构主体的联系，保证整体结构的协同工作。
3.2 针对竖向不规则的加强措施
⑴ +78.4m、+91.0m 标高处楼板板厚取150mm，双层双向加强配筋，提高楼盖的整体性，保证水平力的可靠传递。
⑵ 高位收进部位上、下层剪力墙及框架柱配筋加强，同时框架柱箍筋全长加密，加强高位收进处结构竖向构件的抗震性能。
⑶ 32轴构件间断处，由于结构平面在该轴处向外凸出， 因此该轴线上的2片剪力墙对结构凸出部分在Y 向的约束作用非常重要。出于这样的考虑，在施工图阶段笔者与建筑、设备等其他专业及业主多次沟通， 终于在满足建筑功能及业主要求的前提下将上述剪力墙延伸到基础，避免了该项不规则。
4 结构计算分析
4.1 主要参数
本工程结构安全等级二级；属丙类建筑，所在地区抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组，场地类别Ⅲ类，场地特征周期0.45s，主楼框架抗震等级三级，剪力墙抗震等级三级。考虑到本工程的重要性及其对风荷载的敏感性，基本风压按100 年重现期考虑，取W0=0.5kN m2。
4.2 主要结构计算方法
采用SATWE 和PMSAP两个不同力学模型的空间分析软件进行整体计算。采用振型分解反应谱法（CQC），振型数取30个，振型有效质量系数>90%。
另外，本工程采用弹性时程分析法进行补充计算，加速度时程曲线选取SATWE提供的2组天然波TH3TG055、TH4TG055 及1组人工波RH3TG055。
主要分析结果见表1。
表1 弹性时程分析计算结果
时程曲线类型 底部地震剪力（KN）
X向 Y向
RH3TGO55（人工波） 3850.8 4777.8
TH3TGO55（天热波） 2711.4 3492.7
TH4TGO55（天热波） 3765.6 3954.4
平均值 3442.6 4074.9
CQC 3583.1 4199.5
4.3 分析判断
通过计算分析结构层间位移角<1800，满足规范要求，说明结构具有足够的刚度，能满足结构的承载力、稳定性和使用要求。结构周期比、位移比作为控制结构扭转效应的重要指标，均满足规范的要求。通过计算SATWE与PMSAP 的计算结果较吻合，可以认为本工程结构体系布置合理，计算结果是可信的。在时程分析中，各条时程曲线计算所得的结构底部剪力最小值均大于振型分解反应谱法求得底部剪力的65％，各条时程曲线计算所得的结构底部剪力平均值大于振型分解反应谱法求得底部剪力的80％，满足规范要求。
5 结语
本工程为存在3项超限（楼板不连续，高位收进，扭转不规则位移比>1.2）的不规则超限高层，初步设计方案顺利通过了抗震专项审查，现已竣工。总结本工程的设计实践，对类似的复杂高层建筑结构设计，笔者有以下几点体会可供参考：
5.1 建筑、设备等其他专业对于结构抗震概念设计往往不理解、不重视，结构专业应尽早参与，从方案阶段对结构体系进行把握， 对于特别重要的结构部位、结构构件应尽量避免“硬做”，使结构“简单化”。
5.2 结构工程师对于高层建筑应特别重视抗震概念设计，对于结构布置应精雕细琢，除竖向荷载下结构传力明确、简单以外，结构在水平作用下也应有直接和明确的传力途径， 这样结构在水平荷载作用下的反应和内力分布规律都比较明确, 结构薄弱部位易于把握,设计人员才能充分采取构造加强措施，确保结构的整体抗震性能。
5.3 高层结构计算往往包含了极大的计算工作量，结构工程师一定要准确建模，慎重选用计算参数，并对电算结果认真进行分析，才能确保结构安全稳定。
参考文献
[1]GB 50011-2001 建筑抗震设计规范［S］
[2]JGJ3-2002 高层建筑混凝土结构技术规程［S］
[3]刘拥军.浅谈高层剪力墙结构的设计[J].沿海企业与科技，2012（01）
[4]李晓娟，安永强.浅谈小高层住宅短肢剪力墙结构设计[J].土木建筑学术文库，2011（05）