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钢框架-混凝土剪力墙结构设计的应用

摘要：随着我国城市化建设的发展和建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多。

本文根据工程实例，介绍了钢框架—混凝土剪力墙结构兼有钢结构施工速度快和

混凝土结构刚度大、成本低的优点，充分利用钢结构的钢材强度高的特点。

关键词：高层建筑；结构设计；问题

0前言

钢框架—混凝土剪力墙结构是将钢筋混凝土剪力墙与钢框架通过铰接或钢

接的方式并联使用，以钢筋混凝土剪力墙作为主要的抗侧力结构，外围钢框架则

主要承受竖向荷载。

1工程概况

某高层建筑的首层建筑面积约3468Om2，地下室为12640m2。该工程是3

层地下室，为设备用房和停车库，地面以上2O层，主要为办公用房。主楼平面

在1O层以下呈十字型，南北两翼在第11层、第14层以上分别向内收，14层以

上为矩形平面，南北两边沿弧线向上逐渐收进。建筑物高度为80.65m，属A级

高度的高层建筑，采用钢框架—混凝土剪力墙结构，主要抗侧力体系为位于两侧

的钢筋混凝土简体，中部的承重柱采用钢管柱，内填素混凝土，楼面为钢梁和压

型钢板组合楼盖。

2主体结构设计

2.1结构体系的特点

(1)本工程塔楼由两侧的钢筋混凝土简体作为主要的抗侧力体系，中部的柱

主要承受结构的垂直荷载，结构平面布置对称均匀，总体上具有良好的抗侧刚度。

但由于建筑物中部是框架结构，剪力墙的间距较大，中部的刚度较弱。图1、图

2为该工程的平面。

图1二层平面

(2)竖向不规则：塔楼在第11层、第14层均有局部收进，收进的水平面尺

寸大于相邻下一层的25％，属于竖向不规则体型。

图2标准层平面

(3)从14层起，塔楼宽度沿竖向弧线逐渐收窄，外沿两排钢管柱随竖向弧线

变化为弧形柱。弧形柱对结构的受力及抗震均不利。

(4)两端简体在75.55m以上的地方也随建筑立面线条的变化逐渐收窄。

(5)超长混凝土结构：地下室纵向长度75.40m，标准层长68.80m，楼面结构

较长，必须采取有效措施防止温度应力使混凝土产生开裂。

(6)节点的设计与构造将是本工程技术上的关键及难点。

2.2结构概念设计

该工程剪力墙抗震等级为一级、钢框架抗震等级为二级。

(1)为了加强地下结构部分对地上塔楼的约束及加强整体刚度，两侧的钢筋

混凝土简体外墙厚为400，内墙厚为300;地下2～3层为钢管混凝土柱外包混凝

土(Ф700×20)，0.O0以上框架柱采用钢管混凝土柱(Ф600×18、Ф600×16)；楼面

结构采用工字钢梁和压型钢板组合楼盖，从而控制各层框架柱所承担的地震剪力

不少于结构底部总剪力的25％和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小

值，保证框架有一定抗震能力。

(2)为了满足地下室部分标高变化复杂的错层和尽量增加楼层净空要求，地

下室及首层采用钢筋混凝土梁板结构。地下一层还运用了无梁楼盖设计，板厚

15O，柱头加柱帽以提高抵抗冲切的能力。

(3)各层钢管柱在楼层H+O.800处连接，接口处采用12厚内衬管，在距离接

口下方5Omm处增设环形隔板，对钢管柱起到有效的加劲作用。

(4)在建筑物中部设置一道施工后浇带，并通过控制混凝土配合比，减少水

泥用量和用水量，掺加粉煤灰和合适的外加剂，降低混凝土水化热，适当增加楼

板配筋率，防止温度应力使混凝土产生开裂。

(5)节点的设计。H型钢梁与钢管混凝土柱采用外连式水平加劲环梁连接。

加劲环梁与钢管柱在工厂焊接好后，在工地上与钢梁的腹板用高强螺栓连接，与

梁翼缘用熔透的对接焊接连接。钢梁混凝土核心简的连接按铰接设计，以减少钢

框架与核心筒之间可能发生的竖向差异变形而导致的节点内力。在混凝土墙内预

埋钢板埋件，在钢梁安装前将T型钢作为连接件，按正确位置焊于混凝土墙的

预埋件上，在通过高强螺栓将抗剪连接板与钢梁腹板相连。

2.3结构计算分析

本工程采用中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设

计软件》SATWE进行结构计算，考虑地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。

SATWE采用空间杆一墙元模型，用振型分解反应谱法计算地