高層公寓框支—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)措施
由于框支—剪力墻結(jié)構(gòu)上、下剛度突變，構(gòu)件不連續(xù)，傳力復(fù)雜，在地震作用下框 支層將產(chǎn)生很大的內(nèi)力和塑性變形，抗震性能差，易造成震害；轉(zhuǎn)換層應(yīng)力復(fù)雜，材料耗用量大，自重大，施工復(fù)雜，造價(jià)高，但框支－剪力墻結(jié)構(gòu)可滿足建筑物上、下不同功能的組合。
建筑方案確定后，為改善抗震性能，減輕自重并節(jié)省投資，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下問題。
1、上部剪力墻體系
1.1 減輕結(jié)構(gòu)自重
減輕結(jié)構(gòu)自重，可直接減少混凝土用量，同時(shí)減小垂直荷載和水平地震力，進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，改善經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，特別是基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)換層的混凝土和鋼材耗用量。
1.1.1 樓板
樓板覆蓋整個(gè)建筑面積，減小樓板厚度即為每平方米建筑面積所減小的混凝土量。采用把樓板厚度控制在滿足板的厚度與計(jì)算跨度要求的比值，并滿足防火和預(yù)埋管線要求的較小值即100mm，以取得最低的混凝土消耗 .
1.1.2 剪力墻
在考慮樓板的同時(shí)亦考慮剪力墻混凝土的消耗最少。按開間擴(kuò)大剪力墻的間距，將部分開間的墻體用輕質(zhì)隔墻取代，能有效地減少混凝土用量。為不增加板的跨度，使樓板厚度100mm得以實(shí)現(xiàn)，在隔墻處設(shè)置梁。由于居住建筑開間和進(jìn)深一般都不大，取梁寬與隔墻等厚，以免露梁。
為減輕自重，剪力墻厚度分200mm及250mm兩種，沿高度分兩次變化，即墻厚250mm減到200mm，墻厚200mm減到160mm.
1.2 減小剛度
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)其上部剪力墻剛度偏大，應(yīng)減小其剛度，使上下剛度盡量接近，以改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。
1.2.1 擴(kuò)大剪力墻間距
按開間擴(kuò)大剪力墻間距，不但能減少混凝土用量，也有利于減小剛度。
1.2.2 剪力墻留設(shè)結(jié)構(gòu)洞
較長(zhǎng)的墻體留設(shè)結(jié)構(gòu)洞，洞用輕質(zhì)墻體填充，可有效地減小剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度。
1.2.3 增高轉(zhuǎn)換層上一層的樓層的高度
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)控制轉(zhuǎn)換層上、下層的剪切剛度比。增高轉(zhuǎn)換層以上樓層高度 ，能直接改善剪切剛度比。往往轉(zhuǎn)換層下部為大空間，層高較高；轉(zhuǎn)換層以上是住宅，層高較低，造成剪切剛度比加大。本工程利用住 宅底部的設(shè)備層，將設(shè)備層和底層住宅設(shè)計(jì)成一個(gè)結(jié)構(gòu)層，層高4.55m，采用設(shè)備層頂板即住宅底層底板與剪力墻之間留縫脫開實(shí)現(xiàn)為 一個(gè)結(jié)構(gòu)層，可減小上、下層剪切剛度比的差距。
2、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)
本工程除水平、垂直方向設(shè)置剪力墻外，尚有斜方向的墻體，其上下軸線無法對(duì)齊 .剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只能通過轉(zhuǎn)換層傳給框支結(jié)構(gòu)。由于框支－剪力墻結(jié)構(gòu)上、下剛度突變，構(gòu)件不連續(xù)，傳力復(fù)雜，在地震作用下框 支層將產(chǎn)生很大的內(nèi)力和塑性變形，抗震性能差，易造成震害；轉(zhuǎn)換層應(yīng)力復(fù)雜，材料耗用量大，自重大，施工復(fù)雜，造價(jià)高，但框支－剪力墻結(jié)構(gòu)可滿足建筑物上、下不同功能的組合。
建筑方案確定后，為改善抗震性能，減輕自重并節(jié)省投資，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下問題。
1、上部剪力墻體系
1.1 減輕結(jié)構(gòu)自重
減輕結(jié)構(gòu)自重，可直接減少混凝土用量，同時(shí)減小垂直荷載和水平地震力，進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，改善經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，特別是基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)換層的混凝土和鋼材耗用量。
1.1.1 樓板
樓板覆蓋整個(gè)建筑面積，減小樓板厚度即為每平方米建筑面積所減小的混凝土量。采用把樓板厚度控制在滿足板的厚度與計(jì)算跨度要求的比值，并滿足防火和預(yù)埋管線要求的較小值即100mm，以取得最低的混凝土消耗 .
1.1.2 剪力墻
在考慮樓板的同時(shí)亦考慮剪力墻混凝土的消耗最少。按開間擴(kuò)大剪力墻的間距，將部分開間的墻體用輕質(zhì)隔墻取代，能有效地減少混凝土用量。為不增加板的跨度，使樓板厚度100mm得以實(shí)現(xiàn)，在隔墻處設(shè)置梁。由于居住建筑開間和進(jìn)深一般都不大，取梁寬與隔墻等厚，以免露梁。
為減輕自重，剪力墻厚度分200mm及250mm兩種，沿高度分兩次變化，即墻厚250mm減到200mm，墻厚200mm減到160mm.
1.2 減小剛度
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)其上部剪力墻剛度偏大，應(yīng)減小其剛度，使上下剛度盡量接近，以改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。
1.2.1 擴(kuò)大剪力墻間距
按開間擴(kuò)大剪力墻間距，不但能減少混凝土用量，也有利于減小剛度。
1.2.2 剪力墻留設(shè)結(jié)構(gòu)洞
較長(zhǎng)的墻體留設(shè)結(jié)構(gòu)洞，洞用輕質(zhì)墻體填充，可有效地減小剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度。
1.2.3 增高轉(zhuǎn)換層上一層的樓層的高度
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)控制轉(zhuǎn)換層上、下層的剪切剛度比。增高轉(zhuǎn)換層以上樓層高度 ，能直接改善剪切剛度比。往往轉(zhuǎn)換層下部為大空間，層高較高；轉(zhuǎn)換層以上是住宅，層高較低，造成剪切剛度比加大。本工程利用住 宅底部的設(shè)備層，將設(shè)備層和底層住宅設(shè)計(jì)成一個(gè)結(jié)構(gòu)層，層高4.55m，采用設(shè)備層頂板即住宅底層底板與剪力墻之間留縫脫開實(shí)現(xiàn)為 一個(gè)結(jié)構(gòu)層，可減小上、下層剪切剛度比的差距。
2、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)
本工程除水平、垂直方向設(shè)置剪力墻外，尚有斜方向的墻體，其上下軸線無法對(duì)齊 .剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只能通過轉(zhuǎn)換層傳給框支結(jié)構(gòu)?！?br>
2.1 減輕轉(zhuǎn)換層自重
香港地區(qū)此類建筑物較多，但它們不考慮抗震設(shè)防，而注重綜合的效益，對(duì)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)控制不很嚴(yán)格，因此一般均采用厚板為轉(zhuǎn)換層。厚板材料耗用量大，結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差，因其自身重量大，又帶來地震作用大，使框支內(nèi)力增大。本工程設(shè)計(jì)時(shí)從減輕自重出發(fā)，盡管上部剪力墻方向復(fù)雜，仍優(yōu)先考慮梁系轉(zhuǎn)換。梁高2m，梁寬一般為1.2m、1.5m及 1.8m.
2.2 加強(qiáng)梁的抗扭剛度
計(jì)算結(jié)果顯示梁的扭矩大，配置縱向抗扭鋼筋及橫向抗扭箍筋均難滿足要求，因此 采用部分封底，形成箱形，轉(zhuǎn)換層上、下板厚均為200mm.
2.3 加強(qiáng)轉(zhuǎn)換梁與中筒的連接
轉(zhuǎn)換梁與中筒連接處負(fù)彎矩大，鋼筋錨固構(gòu)造也存在問題，且轉(zhuǎn)換梁斷面與筒體壁厚500mm顯得不很協(xié)調(diào)，故采用在轉(zhuǎn)換層的高度范圍筒體設(shè)置鋼筋混凝土箍，以加強(qiáng)此處連接。
與厚板相比，本工程的部分箱形轉(zhuǎn)換層挖空率約為27％，對(duì)節(jié)省混凝土用量和減小 地震力均有較大意義。
3、框支層設(shè)計(jì)
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)的薄弱部位在框支層，故加強(qiáng)其延性，提高抗震性能是十分重要的。
3.1 增加墻量及剛度
本工程建筑功能要求大空間，不能設(shè)置更多的落地剪力墻，故在不影響功能的情況下，爭(zhēng)取中筒四角加設(shè)t形落地墻體，以增加框支層墻量及剛度。
3.2 采用鋼纖維混凝土，提高抗震性能
為提高框支層抗震性能，提高其延性，國內(nèi)已有工程采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)及配有構(gòu) 造縱向鋼筋及螺旋箍筋的鋼筋混凝土柱。本工程框支層豎向構(gòu)件包括墻和柱，采用鋼纖維混凝土，1m3混凝土內(nèi)鋼纖維摻量為80kg，可提高抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值約35％，提高抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值約50％。除強(qiáng)度提高外，鋼纖維混凝土與普通混凝土同時(shí)使用，不需要采取特殊的 構(gòu)造措施，因此可用于設(shè)計(jì)需要加強(qiáng)的部位，而不需要的部位可以不用，具有較大的靈活性。本工程地下3層，由于地下室墻多，抗震性能較好，不必采用鋼纖維混凝土，但為了有一過渡，鋼纖維混凝土用于地下1層至轉(zhuǎn)換層頂面的豎向構(gòu)件。施工時(shí)注意鋼纖維應(yīng)攪拌均勻，避免結(jié)團(tuán)；采用商品混凝土?xí)r，也可以委托攪拌站提供鋼纖維混凝土。
鋼纖維混凝土用于建筑結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)尚不多見，本工程設(shè)計(jì)尚處于摸索階段，由于應(yīng)用的靈活性以及可提高強(qiáng)度改善抗震性能，其應(yīng)用前景是非常廣闊的。
框支－剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能差，造價(jià)高，應(yīng)盡量避免采用。但它能滿足現(xiàn)代建筑不同功能組合的需要，有時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又不可避免此種結(jié)構(gòu)型式，對(duì)此應(yīng)采取措施積極改善其抗震性能，盡可能減少材料消耗，以降低工程造價(jià)