对转换层结构中应用短肢剪力墙问题的探讨

胡 亮，郝 杰

（太原理工大学，山西 太原 030024）

对转换层结构中应用短肢剪力墙问题的探讨

胡 亮，郝 杰

（太原理工大学，山西 太原 030024）

文章通过对某转换层结构分别采用一般剪力墙和短肢剪力墙两种不同方案进行弹性阶段对比分析，得出将短肢剪力墙应用到转换层结构中对结构抗震性能的影响，并提出一些设计建议。

转换层结构；短肢剪力墙；抗震性能

随着我国经济的发展和社会生活水平的提高，业主对房屋建筑使用功能和房间组合等方面的要求越来越高。为了满足不露梁、不露柱和房间布置灵活等建筑使用和美学方面的要求，一些结构工程师会在高层住宅结构体系中应用短肢剪力墙。这种格局的高层住宅各单元的通风、采光良好，平面紧凑，因而受到业主的普遍青睐。在实际使用中，有时需要将底部一层或数层用于大空间公共用房。由于竖向抗侧力构件不连续，必然需要设置转换层，从而形成框支短肢剪力墙结构体系。最常见的情况是，将中部竖向交通区设置为基本完整的落地核心筒，而在外围的底部采用大柱网框架，上部则采用分散布置的“L”型、“T”型或“一”字型的短肢剪力墙。框支短肢剪力墙结构的受力特点与传统的框支剪力墙结构有明显的不同。短肢剪力墙布置是否合理、构件截面选用是否得当，对于结构的整体抗震性能和破坏模式都有影响。

1 实例概况

本工程为某拟建工程，抗震防裂度为7°(0.15 g)，Ⅲ类场地。结构为地下1层，地上主体20层，其中1～2层为商场，首层层高为4.2 m，二层层高为4.5 m，3～20层为住宅，层高均为3 m。方案1采用传统的框支剪力墙结构体系，住宅部分核心筒的外围布置一般剪力墙；方案2采用框支短肢剪力墙结构体系，住宅部分核心筒的外围分散布置短肢剪力墙。两种方案的平面布置见图1和图2。

图1 方案1平面布置

图2 方案2平面布置

截面尺寸：框支柱尺寸均为1 000×1 000 mm，框架主梁采用300×600 mm或300×400 mm，次梁采用2 500×500 mm，转换梁采用600×1 600 mm；框支层核心筒墙厚均为400 mm，框支层以上两层剪力墙厚均为250 mm，其余各层墙厚均为200 mm；住宅部分框架梁高度为600 mm或400 mm，连梁高度均为500 mm，宽度均同墙厚。

材料选用：框支层采用C45；框支以上两层采用C40；5～12层采用C35；其余各层均为C30。

文章采用中国建筑科学院研发的PKPM软件中的SATWE模块进行分析。

2 结构质量

表1 结构质量 /t

由表1可知，两种方案结构的质量比较接近。

3 结构自振周期

两个方案第1周期均为X向平动周期；第2周期均为Y向平动周期；第3周期均为扭转周期；计算得到的结构前6个周期见表2。

表2 结构自振周期 /s

由表2可知，两种方案的周期较为接近，但是方案2的周期普遍比方案1大。为控制结构的扭转效应，我国规范提出结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期的比值不大于0.85～0.9的限值要求。方案1的周期比为0.796，方案2的周期比为0.833。可以看出，在结构质量比较接近的条件下，框支短肢剪力墙结构体系的扭转效应要比传统框支剪力墙结构体系大。这是由于短肢剪力墙方案，剪力墙分布较为分散，导致结构外围刚度分布也比传统剪力墙分散，结构外围刚度与中心刚度的比值较传统剪力墙要小。

4 结构刚度

我国现行规范对薄弱层有明确要求，薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数。对于薄弱层的判断，以竖向层刚度比以及承载力比作为判断依据：该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻3个楼层侧向刚度平均值的80%；抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80%。文章两种方案的层刚度对比见表3。

表3 结构层刚度(E+07 kN/m)

由表3可知，在结构质量比较接近的条件下，方案2的上部结构的层刚度比方案1小。说明在转换层结构中应用短肢剪力墙可以减小上部结构的层刚度，从而减小转换层与上一层侧向刚度比。该比值是影响转换层结构抗震性能的主要因素之一，将短肢剪力墙应用到转换层结构中，减小该比值，对于转换层结构抗震是有利的。

5 结构弹性位移

方案1在地震作用下X方向的最大位移为41.1 mm，Y方向最大位移为38.0 mm；方案2在地震作用下X方向的最大位移为40.4 mm，Y方向最大位移为36.5 mm。这两种方案的最大位移接近，其弹性位移角见表4。

由表4可知，两种方案的X向最大层间位移角分别为1/1 108和1/1 127，均出现在结构第10层；两种方案的Y向最大层间位移角分别为1/1 231和1/1 272，均出现在结构的第11层。两种方案中各楼层X向和Y向的层间位移角均比较接近，从总体而言，方案2与方案1对比，方案2层间位移角稍小。

6 结构抗震等级

《高规》10.2.5条规定，转换层在3层及3层以上时，框支柱及落地剪力墙的底部加强部位的抗震等级应比表4.8.2和表4.8.3提高一级，已为特一级不再提高，非底部加强部分剪力墙及非落地剪力墙不必放大。

《高规》7.1.2-3条规定，抗震设计时，短肢剪力墙的抗震等级应比表4.8.2规定的剪力墙抗震等级提高一级。

对于文章中的两种方案，框支、框架的抗震等级均不必提高，即均为二级；对于落地剪力墙，底部加强部位的抗震等级为二级，非底部加强部位为三级。对于是非落地剪力墙，两种方案的抗震等级略有不同，方案1的底部加强部位为二级，非底部加强部位为三级；方案2应在方案1的基础上提高一级。方案2随着抗震等级的提高，短肢剪力墙墙肢的轴压比限值也减小。结构设计时，需通过加厚墙肢等方式控制短肢剪力墙墙肢的轴压比。

7 设计认识和建议

（1）虽然短肢剪力墙结构体系比一般剪力墙结构体系抗侧移刚度要弱，但是，将其应用到转换层结构中，不仅可以减小转换层与其上楼层的侧移刚度比，还可以减小转换层附近的刚度突变和剪力分布突变，这样对结构抗震有利；而且，在结构质量基本不变的情况下，结构整体刚度减小，自振周期增大，所承受的地震作用减小，结构的弹性层间位移较不一定因为其楼层抗侧移刚度的减小而增大，甚至可能减小。

（2）对于带核心筒的框支短肢剪力墙结构，由于短肢剪力墙分布较为分散，其外围刚度较一般剪力墙弱，结构的扭转效比一般剪力墙布置方案可能明显，设计师应注意控制结构平动第1周期与扭转第1周期之比。

（3）在框支短肢剪力墙结构设计时，应注意，短肢剪力墙的抗震等级应比《高规》表4.8.2的规定提高一级。所以，短肢剪力墙墙肢的轴压比限值也有所降低，结构设计时，应注意控制短肢剪力墙，尤其是框支层以上两层短肢剪力墙墙肢的轴压比。

[1]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构设计.[M].北京：机械工业出版社.2004，347-360.

[2]李国胜.多高层建筑转换层结构设计要点与实例.[M].北京：中国建筑工业出版社.2010.

[3]赵兵.如何采用SATWE软件对带短肢剪力墙的框支结构进行结构分析.[J].建筑科学.2003（5）.51-53.

[4]杨玛莎，李绍祥，陈在谋.短肢剪力墙在框支结构体系中的应用.[J].工程抗震与加固改造.2005（2）.21-22，45.

[5]中华人民共和国行业标准JGJ3-2002.高层建筑混凝土结构技术规程.[S].北京：中国建筑工业出版社.2002.

The Discussion of Appling Short Shear Wall In Transfer Structure

Hu Liang，Hao Jie

According to compare with two different transformation structure models in which one adopt general shear wall style and the other adopt short-shear walls by elastic phase contrast analysis in the article,the affection of short-shear walls applied to the transformation structure in anti-seismic performance is got and some design suggestions are put forward.

transfer structure，short shear wall，seismic behavior

TU74

A

1000-8136(2011)05-0017-03

胡亮，男，1985年，太原理工大学建筑与土木工程学院硕士研究生。