实例分析高层的剪力墙建筑框支转换结构抗震的设计

温纬立

（广东省电信规划设计院有限公司）

1 引言

在建筑的设计当中，一般都是把大柱网构造的餐厅、购物商场以及娱乐房间多设置在综合性的高层建筑其较下层的部分，然而把开间以及柱网较小的公寓、住宅、办公功能、宾馆等多种建筑设置在较靠上层的位置。为使得这类建筑其使用的功能组要获得满足，一般在建筑物的底部应用到框支剪力墙的结构，而上部应用剪力墙的结构。现在能够说，该类结构已经成为了高层建筑在发展过程当中的一大趋势。不过，有关框支剪力墙因为部分的剪力墙没有落在地面，柱、墙截面会有突变现象，从而使得传力路线的曲折与应力集中，容易造成薄弱层的形成。对抗震是非常不利的。这种情况对于高层建筑的结构设计又提出了新问题，要求设置一类叫做“转换层”的构造形式，从而来完成对上下不一样柱网、不一样开间、不一样构造形式的结构转换，简单来说，其实就是相邻两层结构是不同的，必须设置转换层来起到“承上启下”的作用。因此我们在设计的时候要结合着实际的情况，并选用适当结构转换层的形式，对于薄弱层的部位要在抗震承载力与延性这两个方面来采取措施并提升其抗震性能。还要注重地震概念设计，使其在整体上成为良好抗震体系。

2 工程结构情况

该工程是在湖南省的某某市，两层的地下车库，底部的三层是综合性的商场，一到五号楼的层数是32层，屋面的标高是99.6m。运用的是钢筋混凝土的剪力墙结构，四五栋楼因为上面部分墙体和处在底层的房屋布置有冲突，设置成部分的框支剪力墙构造。

3 结构的选型

该工程的高宽比比较大，其最大的高宽比达到7.1，已经超越高宽比在规范中的规定，从而使得上部的墙体较为密集。假如上部墙体是全部落地的状态，那么一定会对底层的商业布置有着非常大的作用，所以部分的剪力墙不能落地，为使上述的要求得到满足，一定应用带有转换层建筑的结构。

结合着工程实际的布局状况，并且考虑着经济指标与施工的难易度，在经过了技术经济的比较之后，决定运用梁式的转换层型式。为提升店面底层层高，该转换梁高度要受到一定的限制，其最大的梁高不应比1400mm大，普通混凝土梁与柱不能满足该要求，所以框支柱、框支梁应用到型钢混凝土，该文章以4号建筑做为例子，重点讲述了框支剪力墙设计的方式。如图1与图2。

4 结构分析主要的结果汇总与分析比较

4.1 结构计算的模型与程序

依照规范规定，对于体型较为复杂且结构布置较为复杂，还有B级高度的高层建筑至少需应用两个不一样的力学模型结构的分析软件实行整体的计算，该工程结构的整体分析应用的软件为以下两个：其一，PKPM-SATWE系列；其二，PKPM-PMSAP系列；

4.2 主要的计算结果以及比较和分析

4.2.1 程序运用注意事项

图1 转换层的平面图

图2 标准层的平面图

（1）在程序前处输入的“结构体系”当中选择“复杂高层”的体系，其就是指明是底部带有转换层的高层建筑，而且将转换梁的所在楼层定义为“转换层”。

（2）程序在平面输入的时候要注意部分人工指定的框支梁、框支柱。在进行平面输入的时候要正确的指认转换构件，保证程序在计算的时候可以按照相应的规范要求，对于转换构件于水平地震的作用下，计算内力应放大，以及对于框支柱水平地震的剪力需要调整等。

（3）定义该转换层与其上下的各层楼板是“弹性膜”。因为托墙梁的上部剪力墙墙拱的作用，会造成下部的托墙梁有轴向拉力的产生，假如楼板是刚性楼板的假定，则梁轴力将会被忽略掉。

（4）规范规定带有转换层的建筑结构，在每层的框支柱数目比10根多或者少的时候，框支柱所承受地震的剪力要相应的调整。所以程序前的处理应该对框支柱实行0.2Q的调整。

4.2.2 结构分析主要的结果

（1）四号楼结构在经过分析SATWE与PMSAP的反应谱计算之后，得到结果是基本吻合的情况，其指标基本上满足了规范的要求。其周期比为Tt/T1=0.841；其楼层的最小剪重比为0.87%；其最大的层间位移角为1／2480；这些都满足了规范的要求，如表1。

表1 计算周期与实验周期对比

（2）转换层的上下楼层进行结构侧向的刚度比计量。设计之中控制的转换层其上下结构侧向的刚度比应接近于1，且小于等于2。依照规范的计算方法算出转换层的上下结构其等效剪切的刚度比是x=0.69与y=0.74；均满足规范的要求。

（3）框支剪力墙的有限元分析法。应用框支剪力墙的有限元的分析程序FEQ来对框支梁与框支柱以及相邻的墙体实行分析，该框支梁的偏心受拉性质较为明显，其截面的大部分力均为拉应力，其梁跨中的截面顶区域虽处在压应力的状态，不过其数值较小。框支柱与框支梁的配筋依整体来计算与FEQ计算方法的包络。

5 抗震措施

5.1 框支柱的设计

该工程的框支柱的抗震等级是二级，其轴压比的限值是0.7u。该框支柱的主要截面为800mm×800mm，其计算的结果表明，全部的框支柱受力都较为均匀，且轴压比是由0.59～0.63u，所以说，框支柱变形的一致性比较好。还有框支柱剪力的设计值要乘上放大系数，且其剪压比需控制在零点二之内。柱内部全部的纵向钢筋配筋率要大于等于1%，箍筋沿着柱全高应用大于等于φ12@100的复合箍，且体积的配箍率均应大于等于1.5%，使得柱有一定延性，使强剪弱弯得以实现。

5.2 剪力墙的设计

要尽量多的使剪力墙落在地上，必要的时候甚至可以在底部部分增加部分的剪力墙。除了核心部分的剪力墙必须在底部设置之外，侧面的剪力墙要尽可能的落地，加大底部的刚度。落地的剪力墙其底部的弯矩乘上1.25的放大系数，增加剪力墙配筋率，还有墙体水平与竖向的分布筋除了满足计算的要求之外，同时还要满足0.3%配筋率限值。经过上述的构造处理，保证剪力墙塑性铰在转换层以上出现。

5.3 框支梁设计

框支梁的受力很大而且其受力情况的复杂，其不仅作为上下层的荷载传输枢纽，还是确保剪力墙的抗震性能非常关键的部位，抗震等级为二级，框支梁的配筋率应大于等于0.40%。框支梁通常是偏心受拉的构件，在梁中一般有轴力的存在，所以要配置有足够数目腰筋。通常腰筋运用直径为φ16的钢筋，且沿梁高的间距小于等于200mm，而且要可靠的锚入支座内部。

5.4 转换层楼板设计

框支剪力墙建筑构造是转换层做为分界，其上下两部应力分布的规律是不一样的。上部的楼层，其外荷载造成的水平力在大体上可按照各片的剪力墙等效刚度的比例分配；然而在下部的楼层，因为框支柱和落地的剪力墙之间刚度的差异，其水平剪力是主要的集中于剪力墙上面，就是在转换层的位置荷载的分配发生突变。此外，为帮助转换层的楼板实现剪力的重分配，使转换层的上层楼板适当的加强，则取其厚度为150mm。

6 结束语

目前的带转换层建筑发展迅速，项目如何转换，以及是否得到合理经济的转换是个非常关键的问题。专家们需要和项目工程的策划人员进行足够的交流，且精心的构思，并考虑到技术、经济、生态等多个类型的影响，来找寻最佳的设计方案。在工程项目建造的进程当中，一定要将技术和经济进行有机的结合，经过技术对比，效果评价与经济分析，正确的将技术先进以及经济合理这两者间的联系给与处置，从而达成建筑设计目标。

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