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摘要：文章结合工程实例，针对高层建筑结构构件设计中相关要点进行了分析，主要从概念设计、整体结构计算、局部构造设计等方面进行了详细地论述，并提出了设计中的注意事项。
关键词：高层建筑；剪力墙结构设计；结构计算；构件设计
1 工程概况
某高层综合楼，总建筑面积为2.1万m2，地上24层，地下2层，为现浇混凝土框架－剪力墙结构，转换层位于6层。底部两层为商业，设置两个消防车通道，以满足大空间建筑功能的要求。本工程建设场地属Ⅱ类场地，抗震设防烈度为7度，房屋安全等级为二级。
2 结构设计
2.1 转换构件设置
本工程布置1～4层的框支柱的柱网，以实现最短传力途径，减少转换次数。在与建筑师充分沟通的基础上比较几个结构方案，最后确定在结构单元中间的框支剪力墙下设置了三根截面为1200mm×1200mm 的框支柱，上部剪力墙直接通过转换粱支承在框架上；在结构单元端头位置，每片短剪力墙下设置了一个600mm×1200mm的框支柱，使得短剪力墙60%的截面直接落在框支柱上，其余部分则通过转换梁直接支承在框架柱上，实现了剪力墙通过转换粱直接支承在框架柱上，避免出现多次转换现象。
2.2 转换层下部剪力墙布置
为确保结构沿竖向刚度均匀变化，应确保上下贯通构件满足要求。在楼、电梯间位置，均布置成了落地的中央核心筒；强化了框支柱两侧的落地剪力墙，把框支柱两侧的部分落地剪力墙墙厚从250mm增厚至300mm，配筋也予以加强；并充分结合建筑造型要求，加大框支柱的截面。
2.3 门洞设置
对于框架剪力墙转换梁上一层墙体和中柱上方，应不设门洞。框架剪力墙转换梁上一层墙体内的门洞及中柱上方的门洞使框支梁的剪力大幅增加，很容易破坏。根据结构单元中间的框支剪力墙承受垂直荷载较大的特点，把该片剪力墙沿横向整个连起来，中间不开洞，同时为了节约造价，在满足轴压比的情况下，尽量减短沿纵向翼墙的宽度。结构单元两端的框支剪力墙承受垂直荷载较小，若把它做成一片整墙，对框支梁的受力有利，但会增加造价，于是采取了把框支梁上一层沿横向连起来做成一片整墙，以上层还是沿横向分开，做成三片剪力墙，每片墙形心尽量与对应的框支柱形心重合，减少框支柱的偏心弯矩。
2.4 结构布置
（1）综合楼标准层采用现浇肋梁楼盖，剪力墙端连梁断面根据墙厚及跨度分别选用250mm×400~450mm、200mm×400~450mm 等；次梁选用200mm×300~350mm等，现浇板厚度主要为 100mm，局部跨度较大的板选用120~130mm。
（2）底部大空间层采用现浇梁板体系，除了转换层加强部位板厚180mm和地下室顶板厚180mm以外，其余各层楼板厚度均同标准层。为了保证转换构件具有足够的安全度，考虑了地震剪力及构件内力增大系数，框支梁断面加大，结构单元中间框支梁断面为500mm×1800mm，边框支梁断面为400mm×1500mm，由于框支梁与其上层框支剪力墙能够共同工作，故应按照框支梁构造要求进行配筋。
2.6 结构构造设计
（1）对混凝土的要求。梁板、墙柱采用不同强度等级的混凝土。随着混凝土强度等级的提高，楼面的梁、板温度裂缝会随之加大。因此，梁、板采用的混凝土强度等级一般比墙柱低1～2个等级。在粱板、墙柱的混凝土强度相差一个等级以上时，梁、柱节点核心区混凝土强度等级同柱、墙混凝土强度等级。（2）转换大梁主筋及腰筋都有可能承担很大的拉力或压力，纵向钢筋原则上不允许搭接。框支柱主筋锚入转换粱以上剪力墙内。
3 结构计算与分析
3.1 周期
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部开发的“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件－SATWE（2010版）”进行结构整体分析，抗震计算采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，取30个振型，正负零顶板嵌固，其前3个振型结果如表1。SATWE第一扭转周期/第一平动周期=1.7978/2.1817 =0.824﹤0.85。周期的计算结果说明：
（1）结构抗扭刚度满足要求，结构的扭转效应控制在合理的范围内。
表1考虑扭转耦联振动周期
3.2 位移比
楼层角位移△，在地震作用下最大值为1/1244，在风载作用下最大值为1/1219，均小于1/1000。说明结构在地震及风载作用下基本处于弹性受力状态，角部的剪力墙、柱不会产生过大裂缝，满足结构使用舒适度的要求。结构的稳定性分析，重力P-△效应结构整体稳定验算结果：X 向刚重比EJ/ H2=3.69，Y向刚重比EJ/GH2=4.03。该结构刚重比EJ/GH2 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EJ/H2大于 2.7，可以不考虑重力二阶效应。计算结果表明：本工程的侧向刚度合理，P-△效应对结构的内力和位移增量影响较小，结构不会因为 P-△效应的影响而导致失稳，结构整体是稳定的。
3.3 剪重比
剪重比主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。计算结果：X 方向在计算层 9 层以下剪重比小于1.6%，调整至1.6%，最大调整系数为1.28；Y方向在计算层3层以下 剪重比小于1.6%，调整至1.6%，最大调整系数为1.15。 说明结构在X方向刚度弱于Y方向刚度，但X方向、Y方向最 大调整系数均小于1.30，结构的双向刚度均合理。
4 结构构件设计
4.1 梁、板设计
梁、板受力均按线弹性方法计算，考虑活荷载不利布置，与土壤接触的梁、板按计算弯矩、剪力及0.2mm裂缝宽度共同控制配筋，其余楼板按计算弯矩、剪力及0.3mm 裂缝宽度共同控制配筋。
地下室顶板设计为180mm厚，转换层转换构件至核心筒范围内的楼板设计为180mm厚，其余层核心筒内部楼板及核心筒周边与普通剪力墙相连的楼板110mm厚，屋顶楼板为120mm厚。这几处均做了重点加强，采用双层双向配筋。对转换层上一层的楼板配筋亦做了加强处理。
4.2 剪力墙设计
剪力墙7层（含7层）以下为底部加强部位，抗震等级提高一级，按抗震等级一级剪力墙要求设计，墙厚加厚至 250～300，轴压比控制在0.5 以下，对其约束边缘构件及墙身的配筋做了一定的加强。7层以上按抗震等级二级剪力墙要求设计，墙厚减薄至200～250，轴压比控制在0.6 以下，其构造边缘构件纵筋按0.8%控制，箍筋的配箍特征值按0.1控制。 为了增加结构整体扭转刚度，减少扭转变形，对角窗部位的剪力墙及边缘构件做了特别加强。
5 结语
综上所述，在建筑现浇混凝土框架－剪力墙结构设计时，要确保结构平面和转换层布置合理。加强底部框支层的侧向刚度，防止底部位移突变。同时要采用有限元进行结构计算与分析，确保结构构件设计的合理性，而且确保建筑结构的耐久性和安全性。
参考文献：
[1] GB50010-2011，混凝土结构设计规范[S].
[2] 汪凯.高层建筑预应力混凝土板式转换层结构设计[J].建筑结构，2011（6）.
[3]张娟娟，邴作庆.谈高层建筑梁式转换层结构设计[J].科技创业家，2013（17）：47.
论文作者:杨灿
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月中
论文发表时间:2018/9/13
标签：结构论文; 剪力墙论文; 构件论文; 刚度论文; 剪力论文; 混凝土论文; 楼板论文; 《建筑细部》2018年2月中论文;