房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计初探

包勇其

（江苏亚鼎建筑装饰工程有限公司 江苏泰州 225300）

【摘要】近些年来，随着经济的快速发展，房屋建筑的结构形式也变得越来越复杂。框支剪力墙结构作为一种新的结构体系在城市建设中越来越多，它是将剪力墙结构体系与框支转换层结构体系相结合的一种结构布置形式。本文主要对房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计进行分析探讨。

【关键词】房屋建筑；转换层框；剪力墙；结构设计；

一、框支剪力墙结构存在的问题

带有转换层的框支剪力墙结构，由于转换层的设置，使结构沿楼层高度竖向抗侧刚度有较大的变化，同时结构竖向承重构件的不连续、结构底部墙、柱截面尺寸的变化导致框支剪力墙结构的受力特性不同于一般的结构是属于传力不直接，受力复杂的不规则结构。框支剪力墙结构在外荷载作用下由于转换构件一般尺寸和配筋量较大，结构整体刚度在该处发生突变，很容易形成薄弱层出现应力集中和变形集中。特别是近些年来，随着框支结构体系的广泛应用，转换层位置的设置越来越高，由原来结构的底层或二层变化到三至六层，有的工程甚至设在七至十层，甚至更高。带转换层的框支剪力墙结构由于转换梁上面存在大量质量，而下面是空矿楼层，在地震力作用下底部框架结构刚度较小导致结构承载能力及抗侧能力不足而引起局部发生破坏，甚至导致整栋建筑物的倒塌尤其是当转换层位置较高时，结构在转换层附近更易形成一些薄弱部位，地震作用时在转换层处引起结构局部变形集中和能量聚集。可以说，抗震性能差是该类结构最突出的弊端。

二、转换层的类型

2.1大梁式转换层

梁式转换层比较广泛的应用于适用于大部分带转换层的框支剪力墙结构中。其优点为传力途径清晰，受力明确，设计简单，施工方便，经济实用等，缺点为转换梁截面尺寸有时过大，自重过大，材料消耗大，使转换层整层不能具有很好的空间利用性。

2.2厚板式转换结构

厚板式的转换层一般用于上部剪力墙布置复杂，上、下轴线错开较多，用转换梁结构难以直接承托等情况。厚板式转换层结构的优点为让上下层的轴网关系变换清晰，灵活布置。缺点为使得转换层上下的传力途径变的模糊，受力不明确，自重大，材料耗费严重，使用范围受限制。

2.3箱形转换结构

箱形转换结构的主要传力构件也为托梁，但是上下层的板厚较大，就与其中的托梁一起承担上下力的传递，形成了箱型模型，适用于转换层上部结构布置复杂时使用。箱型转换层的优点为传力途径清晰明确，转换层整体刚度大，可以避免梁式转换层幵大洞的问题等。缺点是，造价较高，形式复杂。

2.4析架式转换结构

当底部空间轴网柱距较大时，转换梁高度常达到楼层的整个高度，而又不能开洞，因而该层无法利用，采用術架式转换结构可以解决这一问题。析架转换层的优点为传力途吞清晰明确，自重轻，造价较低，整体性能好。缺点为设计繁琐，施工工艺复杂，截面尺寸大，影响使用功能，所以实际工程较小使用。

三、 房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计分析

3.1结构抗震设计

我国处于欧亚板块和太平洋板块边缘，是个多地震国家，我国规范规定，基本烈度为度及度以上地区内的建筑结构，应当抗震设防。我国设防烈度为度及度以上地区约占全国总面积的，建造高层建筑的大城市几乎都在抗震设防范围内，因此，房屋建筑结构的抗震设计成为房屋建筑结构设计的重要组成内容。我国房屋建筑采用三水准抗震设防目标，即"小震不坏，中震可修，大震不倒"。在小震作用下，房屋应该不需要修理仍可继续使用在中震作用下，允许结构进入屈服阶段，经过一般修理仍可继续使用在大震作用下，构件可能严重屈服，结构破坏，但房屋不应倒塌、不应出现危危及生命的严重破坏。也就是说，抗震设计要同时达到多层次要求。

3.2转换构件设计

为了使转换层上、下结构在沿建筑物竖向上的传力较为明确，便于计算，对于转换层结构，宜尽可能将需要进行转换的剪力墙、框架柱等上部结构布置在主要转换构件上，而不应布置在转换主、次梁上。采用主梁转换的转换层结构，上部结构传递下来的荷载在内力分配以及传递时较采用主、次梁转换形式的明确且简单。中国建筑科学研究院的相关实验结果也表明，当采用主、次梁转换时，转换主梁的受力比较复杂，转换主梁不仅要承托其上部的剪力墻和框架柱，还要考虑支撑在其上部的转换次梁引起的剪力、扭矩以及弯矩的作用。对于对于采用主、次梁转换的结构，转换构件受力复杂，传力途径不明确，转换主梁在破坏时宜表现出剪切破坏的形态。

3.3框支柱、筒体以及落地剪力墙的设计

对于转换层上部布置为纯剪力墙结构，而下部为纯框架结构的形式，在历次国内外遭受的实际的地震中表现，可以看出这样的结构形式在地震中所遭受的破坏是非常严重的；对于布置有落地剪力墙的结构则在地震中表现出的抗震能力以及延性是相对较好的。在1979年的美国地震中，某框支剪力墙结构取消了部分剪力墙的布置，结果在地震作用下结构的转换梁以及上部的剪力墙最先出现裂缝并破坏。1995年日本阪神地震中，对于采用了合理布置框支柱和剪力墙的结构，其破坏情况稍轻。因此，规范对框支柱、落地剪力墙及筒体的布置做出了相关要求：（1）、当转换层下部为1～2层时，框支柱与相邻落地剪力墙的距离L≤12m；转换层下部框支层为层及层以上时；（2）、落地剪力墙和筒体结构的墙肢尽量沿建筑物全高布置；形式布置成T形和L形；布置的位置尽量对称、均匀；（3）、在转换层以下的框支层，落地剪力墙与筒体的厚度均应增大；（4）、落地剪力墙之间的间距L：抗震设计时，转换层下部框支层有3层及3层以上时，取L ≤ 1.5B且L ≤ 29m；当转换层下部框支层只有1～2层，取L ≤ 2B且L ≤ 24m。非抗震设计时，取L ≤3B且L ≤ 36m。其中代表落地剪力墙之间的楼盖平均宽度。

3.4高位转换框支剪力墙结构的设计

在使用高位转换时，结构的受力性能会受到更大的影响。因此在带高位转换框支剪力墙结构的初始设计时可以考虑以下几点保证结构布置的合理性：

（1）尽量避免设计成带高位转换形式的转换层结构。要尽可能的少用带高位转换形式的结构或者不用带高位转换转换层形式的结构。采用高位转换层形式时，转换层上、下层的层间位移角的最大变化幅度高达95.6%，远高于采用低位转换时的，层间位移角的出现楼层发生在转换层以下楼层，转换层的基底剪力也会发生突变。这些对于结构在地震下的反应都是十分不利的。

（2）采用其他优化的转换梁形式。有分析可知，当考虑建筑功能的需要将转换层设置高位时，转换结构可以考虑将普通转换梁改变成宽扁梁形式来进行转换。宽扁梁的设置可以有效的缓解框支柱的剪力突变和柱顶弯矩过大的问题。

（3）分析计算要准确和全面。对于在转换层结构中起重要作用的转换层来说，在设计分析时，对转换层以及转换构件的分析也是十分必要的。抗震结构设计时，必须根据结构的实际受力以及约束情况进行有限元建模。在对整体结构应进行分析时，还通过弹塑性时程的补充计算来找出结构的破坏机制和薄弱部位，有需要时还要对重力荷载作用下的施工模拟进行分析计算。

结束语：

在做带转换层的高层建筑的结构设计时，既要尽可能地满足建筑的造型效果及使用功能的要求，又要使结构体系更加合理。因此，对框支剪力墙结构进行设计时，必须严格遵循相关规范的具体要求，以使构件的承载力能满足正常的使用要求，从而进一步保证工程的整体质量。

参考文献：

【1】张志豪.论高层建筑工程中转换层结构设计的运用[J].建材与装饰（下旬刊），2008（2）：10-12.

【2】刘跃平.高层建筑框支剪力墙转换层结构的设计[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2008（4）：20-25.

【3】胡志明.论框架-剪力墙结构的抗震设计[J].中国建设信息，2011（5）：30-32.