高层框支－转换层结构设计

本帖最后由 樱花满开 于 2014-6-26 16:45 编辑

高层框支－转换层结构设计



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由于框支－剪力墙结构上、下刚度突变，构件不连续，传力复杂，在地震作用下框支层将产生很大的内力和塑性变形，抗震性能差，易造成震害；
转换层应力复杂，材料耗用量大，自重大，施工复杂，造价高，但框支－剪力墙结构可满足建筑物上、下不同功能的组合。
建筑方案确定后，为改善抗震性能，减轻自重并节省投资，本工程结构设计时考虑以下问题。
一、上部剪力墙体系
1　减轻结构自重 　　
减轻结构自重，可直接减少混凝土用量，同时减小垂直荷载和水平地震力，进一步减小结构内力，改善经济指标，特别是基础和转换层的混凝土和钢材耗用量。
1）楼板 　　
楼板覆盖整个建筑面积，减小楼板厚度即为每平方米建筑面积所减小的混凝土量。采用把楼板厚度控制在满足板的厚度与计算跨度要求的比值，
并满足防火和预埋管线要求的较小值即100 mm，以取得最低的混凝土消耗 。
2）剪力墙 　　
在考虑楼板的同时亦考虑剪力墙混凝土的消耗最少。按开间扩大剪力墙的间距，将部分开间的墙体用轻质隔墙取代，能有效地减少混凝土用量。
为不增加板的跨度，使楼板厚度100 mm得以实现，在隔墙处设置梁。由于居住建筑开间和进深一般都不大，取梁宽与隔墙等厚，以免露梁。 　　
为减轻自重，剪力墙厚度分200 mm及250 mm两种，沿高度分两次变化，即墙厚250 mm减到200 mm，墙厚200 mm减到160 mm。
2　减小刚度 　　
框支－剪力墙结构其上部剪力墙刚度偏大，应减小其刚度，使上下刚度尽量接近， 以改善结构的抗震性能。
1）扩大剪力墙间距 　　
按开间扩大剪力墙间距，不但能减少混凝土用量，也有利于减小刚度。
2）剪力墙留设结构洞 　　
较长的墙体留设结构洞，洞用轻质墙体填充，可有效地减小剪力墙结构的刚度。
3）增高转换层上一层的楼层的高度 　　
框支－剪力墙结构应控制转换层上、下层的剪切刚度比。增高转换层以上楼层高度 ，能直接改善剪切刚度比。
往往转换层下部为大空间，层高较高；转换层以上是住宅，层高较低，造成剪切刚度比加大。
本工程利用住 宅底部的设备层，将设备层和底层住宅设计成一个结构层，层高4.55 m，
采用设备层顶板即住宅底层底板与剪力墙之间留缝脱开实现为 一个结构层，可减小上、下层剪切刚度比的差距。
二、转换层设计 　　
本工程除水平、垂直方向设置剪力墙外，尚有斜方向的墙体，其上下轴线无法对齐 。剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构。
1　减轻转换层自重 　　
香港地区此类建筑物较多，但它们不考虑抗震设防，而注重综合的效益，对结构经济指标控制不很严格，因此一般均采用厚板为转换层。
厚板材料耗用量大，结构经济指标差，因其自身重量大，又带来地震作用大，使框支内力增大。
本工程设计时从减轻自重出发，尽管上部剪力墙方向复杂，仍优先考虑梁系转换。梁高2 m，梁宽一般为1.2 m、1.5 m及 1.8 m。
2　加强梁的抗扭刚度 　　
计算结果显示梁的扭矩大，配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求，因此 采用部分封底，形成箱形，转换层上、下板厚均为200 mm。
3　加强转换梁与中筒的连接 　　
转换梁与中筒连接处负弯矩大，钢筋锚固构造也存在问题，且转换梁断面与筒体壁 厚500 mm显得不很协调，
故采用在转换层的高度范围筒体设置钢筋混凝土箍，以加强此处连接。 与厚板相比，本工程的部分箱形转换层挖空率约为27％，对节省混凝土用量和减小 地震力均有较大意义。
三、框支层设计 　　
框支－剪力墙结构的薄弱部位在框支层，故加强其延性，提高抗震性能是十分重要的。
1　增加墙量及刚度 　　
本工程建筑功能要求大空间，不能设置更多的落地剪力墙，故在不影响功能的情况下，争取中筒四角加设T形落地墙体，以增加框支层墙量及刚度。
2　采用钢纤维混凝土，提高抗震性能 　　
为提高框支层抗震性能，提高其延性，国内已有工程采用型钢混凝土结构及配有构 造纵向钢筋及螺旋箍筋的钢筋混凝土柱。
本工程框支层竖向构件包括墙和柱，采用钢纤维混凝土，1 m3混凝土内钢纤维掺量为80 kg，可提高抗拉强度设计值约35％，提高抗剪强度设计值约50％。
除强度提高外，钢纤维混凝土与普通混凝土同时使用，不需要采取特殊的 构造措施，因此可用于设计需要加强的部位，而不需要的部位可以不用，具有较大的灵活性。
本工程地下3层，由于地下室墙多，抗震性 能较好，不必采用钢纤维混凝土，但为了有一过渡，钢纤维混凝土用于地下1层至转换层顶面的竖向构件。
施工时注意钢纤维应搅拌均匀，避免结团；采用商品混凝土时，也可以委托搅拌站提供钢纤维混凝土。 　　
钢纤维混凝土用于建筑结构，目前国内尚不多见，本工程设计尚处于摸索阶段，由于应用的灵活性以及可提高强度改善抗震性能，其应用前景是非常广阔的。 　　
框支－剪力墙结构抗震性能差，造价高，应尽量避免采用。但它能满足现代建筑不同功能组合的需要，有时结构设计又不可避免此种结构型式，
对此应采取措施积极改善其抗震性能，尽可能减少材料消耗，以降低工程造价。


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