探讨高层建筑框剪结构设计

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1、探讨高层建筑框剪结构设计：框剪结构体系具有较大的侧向刚度，布局灵活，有利抵抗水平力，在地震荷载作用下又能较好地吸收地震能量，具有良好的抗震性能，因此被广泛用用设计中。本文针对高层建筑框架剪力墙结构设计进行了探讨。　　关键词：高层建筑；框剪结构；设计　　1工程概况　　某商业楼位于广东东莞，为地上14层地下一层建筑，建筑屋面结构高度46.2m，底层层高为4.5m，标准层3m。地上地下总建筑面积1.8万m2。标准层活载展厅功能取为3.5kN/m2，办公楼取值2.0kN/m2，机房取7.0kN/m2。考虑隔墙自由布置特点，活载增加每延米墙重/3的数值。　　考虑大空间及结构高度的需要，结构抗力体系

2、为框剪结构。2、3层结构平面如图1，标准层结构平面如图2。由图可见，因甲方建筑外观的要求，建筑北侧及东侧墙面因安装玻璃幕墙及建筑效果缘故，不允许设置剪力墙，只能在西部南部及楼梯间布置剪力墙以控制位移。但楼电梯间布置也较偏，这样造成了结构质心和刚心不重合，造成了扭转不规则。但从平面规则性和竖向布置规则性角度看，结构均属于较为规则，无开大洞大凹进也并无明显竖向刚度突变。　　主要设计条件计算参数如下：结构安全等级为丙类，抗震设防烈度为7度，地震加速度为0.10g。场地类别为IV类，场地土无液化，特征周期按上海规范取0.9S，风荷载基本风压0.55kN/m2，地面粗糙度为B类。初步计算下，剪力墙

3、承担抗倾覆力矩均在50%以上，因此按框架剪力墙类型来决定抗震等级。因此，根据《建筑抗震设计规范》6.1.2及6.1.3.1条，决定框架抗震等级为三级，剪力墙为二级。结构计算采用PKPM-SATWE软件进行。框架剪力墙结构按高规考虑0.2调整系数。顶部塔楼地震力放大系数取2.0。　　　　图12、3层结构平面图　　　　图2标准层结构布置图　　2设计计算分析　　2.1位移控制　　根据抗震规范，弹性位移角应控制在1/800以内。另根据地方抗震规范，首层弹性位移角应控制在1/2000以内。　　2.2结构规则性要求　　最大层间位移与平均层间位移比不得超过1.5，宜控制在1.2范围内，第一扭转周期与第

4、一平动周期比值应小于0.85。并不出现竖向刚度突变，剪力墙上开洞宜对齐。因属于扭转不规则结构，应考虑双向地震下扭转效应。　　2.3刚度比要求　　地下室刚度大于首层刚度2倍，应采用剪切刚度计算方法计算，且地下室范围为主体结构45放脚投影线确定。　　2.4消除连梁抗剪不满足及超筋现象　　剪力墙连梁虽然在计算中考虑使其首先产生塑性铰，并计算内力重分布。但实际模型计算中，连梁起到的作用是将每层分配到的地震力传递给墙肢，时常出现抗剪不够的情况。调整主要是考虑整体规则性的情况下，加强连梁抗剪能力。　　2.5初步计算分析　　考虑以上计算要点，整体考虑下，本工程Y向剪力墙布置在X方向上布置尽量做到均匀，

5、使结构重心与剪力墙刚心基本重合。而X向剪力墙，由于建筑布置的缘故，剪力墙集中于南面，两心有一定偏差，将造成一定扭转。经过计算，基本结果如下：　　X向位移角1/945，Y向1/812，已满足。且首层位移角控制在1/2100，也满足上海地方抗震规范要求。因地下室人防墙体较多，1层与地下室刚度比在剪切刚度计算方法下控制在32%左右，已满足2010年抗震规范要求。X方向地震作用下，最大层间位移与平均层间位移比值最大为1.26，Y方向地震力作用下，最大层间位移与平均层间位移比值在1.23。虽然属于扭转不规则，但并未超越1.5倍的限值。　　在8、9层的边跨剪力墙连梁处，出现了连梁抗剪不满足。出现于A

6、轴边跨。截面为350×500，抗剪截面不满足主要出现在8～10层。最大剪力为631kN，而抗剪能力0.25fcBho=545kN，不满足。　　3优化设计分析过程　　3.1第一次优化设计　　将该处两根连梁放大至350×800，抗剪计算得到了满足，但是出现新的问题，Y向位移角扩大至1/769，最大位移节点出现在东南侧角部(见图2)，不能满足规范的要求。同时，扭转效应也迅速增大，最大层间位移与平均层间位移比值扩大至1.44，显然向更不利方向发展。2层底部加强区，电梯间处，出现墙暗柱超筋。同时在南部楼梯间连梁也出现抗剪不足。这一现象证实了引言中所述，框架剪力墙结构各项计算结果数据往往密切相关，不

7、可能只进行局部调整就满足整体结构的抗力要求。因此，不得不进行第二次调整。　　3.2第二次优化设计　　一般位移不足的调整方法，通常为对最大位移处的进行加强，在本工程中，采用放大角柱处的柱大小和剪力墙厚度方法。将该最大位移节点处柱放大至800×800，墙宽放大到400(建筑所允许的最大墙宽)。经过计算，位移虽然有所变小，但是仍旧不在规范允许范围内，位移角1/788，而且，连梁抗剪不满足的问题仍旧存在，最大位移与平均位移的比值还是在高位达