浅谈高位转换的框支剪力墙结构设计

韦秋菊

摘要：现代社会的进步，各个类型的建设事业均得到了长足的发展。其中建筑行业在我国房地产的蓬勃发展中得到了较大的提升。现代城市的土地资源十分紧张，高层建筑成为了较为常见的建筑形式，另外人们对于建筑物的各项要求越来越高，包括外形美观、功能全面、节能环保、设计合理、质量过硬等，因此在进行现代高层建筑的结构设计是需要考虑到各个方面的因素。高层建筑中高位转换的框支剪力墙的结构直接影响到建筑物的强度、受力结构、抗震性能等，在设计过程中需要进行全面的分析及准确的计算。本文结合某工程简单分析了结构概念设计和布置，如结构模型、结构选型及布置；结构的分析与计算；强化抗震性能的措施等，为进行高位转换的框支剪力墙结构设计的人员提供一定的参考与借鉴。

关键词：高位转换；框支剪力墙；结构布置；设计；选型；计算分析

前言

我国社会经济水平不断提升，人们的观念也在更新，且由于城市发展的深入，人口大量涌入城市，土地资源已经成为了稀缺资源。建筑行业在该社会形势下得到了长足的发展，随之而来的是商业建筑在空间方面有了更高的要求，在进行建筑结构设计时需要考虑到更多的因素。其中框支剪力墙结构不仅能够满足下部商业用房的要求，也能够达到上部住宅的功能。框支剪力墙的结构较为特殊，其中一部分具有抗侧力作用的构件的内力会通过水平转换构件形成向下的传递模式，转换层周围的刚度及内力会出现变化，构成薄弱层。如果转换层位置较高，处于转换层下部位置的落地剪力墙、框支结构等容易出现开裂问题，而转换层上部的墙体则较为脆弱，容易受到破坏[1]。因此，对于该类框支剪力墙结构进行研究是十分有必要的。

1.工程基本情况

某地区一建筑工程，地面以上为25层，地面以下2层。其总体结构的总高度为80m，该建筑的主要构成部分包括2座塔楼，二者之间由抗震缝分开，估算出总体建筑面积约为4.2万m2。该建筑的功能要求较高，需要其建筑地面以上3层作为铺面等，实现商业价值，而三层以上22层则需要作为住宅用，实现民用价值。从综合价值及各个方面的考虑，达到抗侧力的要求，最后选择了框支剪力墙结构形式。在3层顶面利用梁式转换层，将非落地剪力墙的内力进行合理的传递。由于该地区地理位置特殊，其抗震设防烈度为7度第1组；拟建场地为II类场地。该建筑结构中的框支柱的抗震等级为特一级，框支框架的抗震等级为一级，底部加强区的剪力墙抗震等级为一级，非底部加强区的剪力墙的抗震等级为二级。

2.确认结构模型

在该工程中，其地下室顶板的厚度选择为20cm，并利用双层双向配筋的方式，进行修筑，保障每一层各个方向的配筋率超过0.25%。地下室的整体刚度相较与其相邻的上部楼层，其刚度较大，地下室顶板作为上部结构嵌固部位，已经达到了相应的标准。但是由于转换结构较为复杂，且其承上启下的综合性，十分重要，根据全面分析拟建场地前期进行勘探得到的各项数据资料后，得知回填土无法对地下室起到良好的约束作用，应把嵌固位置向下移动，同时考虑地下室及上部結构的整体作用。根据相关法规及标准要求中的内容，应同时强化地下一层抗震墙的性能，以强化抗震效果。在确定本工程的结构模型，计算受力情况时，把地下1层视为上部结构的嵌固部位。一般情况下，如果抗震缝不超过《建筑抗震设计规范》中的规定时，则会设置楼板将其连接起来，因此抗震缝侧面的梁板柱需要通过提高配筋率、配箍率等方式进行强化。在本工程中，2栋塔楼之间均有抗震逢将其分开，需要分别分析计算2个单塔模型，并进行全面的比较[2]。

3.结构选型及布置

由于高位转换的框支剪力墙的机构较为复杂，结合本工程的实际情况，选择了梁式转换构件，其优点在于受力情况明确，应力的传导途径十分清楚，转换层楼板厚度应在25cm，配筋率保持在0.3%左右，保障转换层具有良好的整体性，也能够使得非落地墙内力能够稳定的传递。转换层剪力墙结构的抗震性能会受到各种因素的影响，包括转换层设置高度、上下部结构等效刚度比、转换层结构与上层结构侧向刚度比等。按照《高层建筑混凝土结构技术规程》中的内容，等效侧向刚度及楼层侧向刚度两种因素对于转换层上下的刚度比有着直接的控制作用。转换层上部与下部等效侧向刚度比应尽量靠近1，而转换层的楼层侧向刚度则需要超过相邻上部楼层侧向刚度的65%。过大或者过小均会出现问题，如果等效侧向刚度比过较大，转换层就会形成薄弱层；而等效侧向刚度比太小，转换层上层的墙体则较为脆弱，容易受到破坏[3]。

该工程中，其下部需要作为商业空间进行使用。框支剪力墙结构中，设置的落地墙的数量十分有限，即层高在被限定的条件下，转换层下部的刚度无法无限的提升。如果要达到将转换层上下的等效侧向刚度接近1的目标，则需要弱化上部其结构。刚度较大的建筑物振动幅度小，风荷载较为有利，而刚度小的建筑物，或者较为较柔的房屋，不会与地震活动形成共振，也不会形成较大的应力，因此其抗震性能较为良好。如果位移、整体稳定性、楼层最小剪力等各项要求均符合规范时，结构刚度应适当，复杂高层结构中，转换层上下的等效侧向刚度是影响其性能的重要因素，也需要注意该刚度问题。因此，本工程在布置上部墙体的过程中，将剪力墙长度设置为超过墙厚的8倍，处于底部加墙区位置的剪力墙轴压比保持在0.5以内，各项条件均符合要求时，缩减墙肢数量，缩短墙肢长度。墙体则布置于框支柱的上方，连梁的跨度需要利用墙体翼缘长度的调整来保持，不仅能够保障刚度，且配筋的经济性良好[4]。

4.强化抗震性能的措施

由于该建筑所处的地区性质较为特殊，地震多发，需要对其的关键部位实施抗震性能的强化措施，具体有以下几点：①底部加强区抗震墙抗震等级升高至一级，强化配筋，控制好轴压比，还需要把约束边缘构件的设置范围想哥哥方向进行延展一层左右；②将框支柱的抗震等级提升至特一级，将轴压比控制在0. 5以内，保障延性性。如果存在少数框支柱轴压比较大，且柱距也较大，则需要在其截面中部设置芯柱，该芯柱则是由截面面积不大于柱截面0. 8%的附加纵向钢筋组成的，配箍率也需要提升，强化柱的变形性能；③由于框支梁柱节点处钢筋密度较大，施工存在一定难度，在设计过程中应选择直径较大且强度良好的钢筋，扩大钢筋的间距，并控制好混凝土裂缝，保持一定的配筋率；④上部结构中如果存在凹进尺寸较大的部位，需要在其周边设置宽扁梁，一般尺寸为40cm左右，并拓宽中部连接处的楼板[5]。

5.总结

由于高位转换的框支剪力墙的结构十分特殊，其在高层建筑度功能上能够同时满足结构下部的商业功能及结构层上部的住宅需求，是建筑物中间的关键部分，其受力情况也十分复杂。因此在进行高位转换的框支剪力墙的结构设计时，首先需要作好概念设计工作，并在结构体系上进行全面的分析，并反复论证，合理布置上部墙体的构件，并不断调整，使得抗侧移刚度更加符合要求。另外还需要对转换构件局部的应力进行全面的分析，以此为依据校核配筋，及时调整，在功能达到要求的基础上，尽量保障结构的规则性，提高结构的强度及可靠性，提升建筑物的使用寿命及价值。

参考文献：

[1]赵杰，赵将勇.对高层建筑剪力墙结构设计的探讨[J].产业与科技论坛.2011（03）：111-112.

[2]杨吉兰，张林.转换层刚度突变对部分框支剪力墙结构性能影响研究[J].工业建筑.2010（S1）：219-222.

[3]郑硕锋.超高层高位转换框支剪力墙结构抗震设计[J].山西建筑.2010（21）：75.

[4]荣维生，诸火生，孙秀菊.某高层建筑框架—剪力墙结构框架部分地震剪力的分析[J].建筑科学.2013（01）：6-10.

[5]刘建新，王红囡，李培，朱美春.异型布置剪力墙结构体系理论分析及试验研究[J].工程抗震与加固改造.2013（05）：24-29.