房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计初探

许霆霆

【摘要】随着我国经济的发展以及城市建筑的发展，高层建筑在我国越来越普遍，并且高层建筑业出现结构多样化，在房屋建筑中，转换层的框支剪力墙结构设计备受人们的重视，本文针对该问题进行了针对性的分析和探索。

【关键词】房屋建筑；转换层；框支剪力墙；结构设计

一、前言

在进行高层房屋建筑设计的过程中，框支剪力墙导致的是结构体系中可直接落地，而是落到下层的框架梁之上的部分，因为框支剪力墙在结构上的布置与有利于受力的布置产生了矛盾，必须在结构布置变化的楼层设转换层以实现结构类型及轴线的转换。

二、转换层设计的意义

出于对建筑功能的考量，高层建筑方案常采用上部剪力墙小空间为主、底部大空间商业办公为主的设计理念，结构上表现为上部为剪力墙结构，下部为框架结构，两种相异的结构交汇催生了转换结构的诞生。常见的转换结构有梁式转换、大板转换，其中前者以其轻巧、经济广为设计师们采纳。梁式转换结构由于部分上部剪力墙不能落地，需由截面尺寸较大的梁柱抬起以满足下部大空间的要求。梁式转换框支剪力墙结构施工便捷、荷载传递清晰，但在结构设计计算方面仍面临着诸多问题：

1、梁上支撑大片剪力墙，致使梁上线荷载较大，梁柱节点应力集中，地震作用下极易首先破坏，节点处的抗震构造措施尤为重要。

2、大片墙体致使整个梁全截面内力较大，梁跨中弯矩及支座负弯矩较大，梁配筋较多，合理配笳对于施工质量保证具有重要意义。

3、为满足下部大空间需求，加之支撑上部较重剪力墙，转换梁截面较大，合理选择梁截面对于建筑功能发挥、结构合理受力有着重要影响。

由此可见，结构类型的转换使得下部结构构件内力较大，构件及节点受力形式区域复杂，选择合理的梁截面，采取有效的抗震构造措施，优化构件配筋对于梁式转换结构的合理受力及质量保证具有重要意义。

三、轉换层结构设计的布置

转换结构选型与布置：转换结构的突出特点是竖向抗侧力构件不连续，部分竖向构件不能落地，致使竖向荷载不能直接传至基础，较大竖向荷载均通过下部框架结构下传至基础，由此造成下部结构构件受力复杂，内力较大，因此GB 5001 1-2010建筑抗震设计规范、JGJ 13-2010高层建筑混凝土结构技术规程对于转换结构的转换构件设计、整体结构控制指标、配筋及相应节点构造措施给出了明确的规定，以此确保上部剪力墙结构与下部框架结构的可靠连接及整体结构的安全性。

梁式转换结构相对较为经济，荷载传递明确，现有该类转换结构竣工建成项目较多，设计理念及施工工艺非常成熟，不存在理论与技术实施难题，因而本项目选用梁式转换结构。转换层的存在使得主体结构上下不同结构类型交界处刚度突变，刚度骤变对于地震作用尤其不利，结构方案设计应尽量避免侧向刚度的不连续，尽量使得两种不同结构交接位置刚度连续均匀变化。为解决抗侧力构件刚度交接位置刚度突变的问题，转换层结构设计过程中要注意如下两点：

1、避免剪力墙全抬，确保一定数量的剪力墙起落地，增大底部剪力墙墙体厚度，适度加大框支框架柱的截面，以此在确保上下部刚度一定连续的程度上加大底部框架的刚度；

2、针对上部剪力墙结构，宜适度增大墙肢间距，缩小剪力墙长度、减少墙体数量等措施，调节转换层上下刚度达到均匀变化，平稳过渡，避免抗侧刚度剧变，上部结构通过少量剪力墙与核心筒一起承担水平侧向力。此外为确保单片剪力墙自身的稳定性，墙体布置时宜结构建筑功能分区，将剪力墙布置为T形、L形、c形为宜。底部框支框架在布置时也宜结构建筑功能划分，将可以下落的剪力墙落地，在大空间区块布置框支柱作为竖向承载构件。由于框支柱上部支撑转换梁，且梁上荷载较大，框支柱相比于常规框架柱截面较大，为满足强柱弱梁的概念设计，确保框支柱具有足够的延性和变形能力，框支柱在地震作用下不首先出现柱铰的破坏形态，能够有效吸收地震力，因而，框支柱设计时应严格控制其轴压比不大于0.6，适度增加柱子的体积配箍量及配筋率，相对于普通柱前者宜增加0.02，后者不小于1.5%，且框支柱纵筋的连接应全部采用机械连接，全高加密箍筋。除此之外，在底部框支框架强度及延性得到保证以外，楼盖的刚度也不宜忽视，楼盖将上部荷载通过墙体及柱子传至下部框支框架，此外楼盖还要协同转换梁工作，为确保面内刚度的连续有效，转换层的楼盖板厚通常不宜小于200 mm，以确保刚度的连续及荷载有效传递。

四、筋混凝土剪力墙住宅结构设计

框支剪力墙结构在设计过程中上部剪力墙的平面布置对于下部转换框架有着重要影响，合理的剪力墙布置方案对于建筑功能的发挥及底部框支框架的合理受力有着重要意义。墙体布置的基本原则即根据建筑空间功能分割优先确定梁的布置，进而根据梁的支座需求布置剪力墙，即在房屋四角、外侧转角处布置墙体。墙体类型宜以L形、T形、C形为主，尽量避免布置一字形墙体，因为前者墙体自身具有良好的稳定性。上郝剪力墙结构的抗侧能力与总体墙肢数量即厚度有着本质关系，合理配筋率的长厚墙具有较大的侧向刚度，地震作用下具有良好的稳定性能和较高的承载能力。为确保竖向抗侧力构件的最基本的抗侧刚度，GB 50011-2010建筑抗震设计规范，JGJ 13-2010高层建筑混凝土结构技术规程规定落地剪力墙承受的倾覆力矩不小于结构底部总地震倾覆力矩的50%，以此限制框支柱所承受的倾覆力矩，确保刚度的基本连续性。

例如某工程在框支结构剪力墙的设计中，。整体建模计算时选取30个振型，经过计算茗向振型质量参与系数为98.35%，Y向有效质量系数为96.34%。该项目在计算参数设置时需要考虑地震作用下的藕连效应，鉴于建筑形体属于不规则，故计算分析时考虑15。斜向地震作用。经过计算分析可知，主体结构剪重比为0.02～0.03，周期比为0.8l，由此可知地震作用计算满足规范要求，建筑刚度与建筑质量偏心较小，结构不存在扭转不规则，表明建筑结构剪力墙及框支框架布置合理。本工程经计算表明转换层上下剐度比在1.1左右，刚度平稳均匀过渡，剪力墙体系与框架体系刚度突变不甚明显，上部结构物薄弱层，结构刚度的均匀变化说明竖向构件布置合理。结构计算所碍最大层间位移2.16 mm，层间位移比为1/1 391，小于规范规定的限值。在框支框架柱的延性方面，轴压比也均控制在0.6以下，转换梁的减压比在0.17以下，使得框支框架在地震荷载作用下具有良好的延性。

五、结束语

综上所述，本文首先针对房屋建筑中转换层设计的重要性进行了分析，随后针对框支剪力墙的结构设计进行了分析，目的是提高建筑结构在设计过程中的稳定性，提高建筑结构设计的质量，保障建设设计的安全。

参考文献

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