對轉換層結構中應用短肢剪力墻問題的探討

胡 亮，郝 杰

（太原理工大學，山西 太原 030024）

對轉換層結構中應用短肢剪力墻問題的探討

胡 亮，郝 杰

（太原理工大學，山西 太原 030024）

文章通過對某轉換層結構分別采用一般剪力墻和短肢剪力墻兩種不同方案進行彈性階段對比分析，得出將短肢剪力墻應用到轉換層結構中對結構抗震性能的影響，并提出一些設計建議。

轉換層結構；短肢剪力墻；抗震性能

隨著我國經濟的發展和社會生活水平的提高，業主對房屋建筑使用功能和房間組合等方面的要求越來越高。為了滿足不露梁、不露柱和房間布置靈活等建筑使用和美學方面的要求，一些結構工程師會在高層住宅結構體系中應用短肢剪力墻。這種格局的高層住宅各單元的通風、采光良好，平面緊湊，因而受到業主的普遍青睞。在實際使用中，有時需要將底部一層或數層用于大空間公共用房。由于豎向抗側力構件不連續，必然需要設置轉換層，從而形成框支短肢剪力墻結構體系。最常見的情況是，將中部豎向交通區設置為基本完整的落地核心筒，而在外圍的底部采用大柱網框架，上部則采用分散布置的“L”型、“T”型或“一”字型的短肢剪力墻。框支短肢剪力墻結構的受力特點與傳統的框支剪力墻結構有明顯的不同。短肢剪力墻布置是否合理、構件截面選用是否得當，對于結構的整體抗震性能和破壞模式都有影響。

1 實例概況

本工程為某擬建工程，抗震防裂度為7°(0.15 g)，Ⅲ類場地。結構為地下1層，地上主體20層，其中1～2層為商場，首層層高為4.2 m，二層層高為4.5 m，3～20層為住宅，層高均為3 m。方案1采用傳統的框支剪力墻結構體系，住宅部分核心筒的外圍布置一般剪力墻；方案2采用框支短肢剪力墻結構體系，住宅部分核心筒的外圍分散布置短肢剪力墻。兩種方案的平面布置見圖1和圖2。

圖1 方案1平面布置

圖2 方案2平面布置

截面尺寸：框支柱尺寸均為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，轉換梁采用600×1 600 mm；框支層核心筒墻厚均為400 mm，框支層以上兩層剪力墻厚均為250 mm，其余各層墻厚均為200 mm；住宅部分框架梁高度為600 mm或400 mm，連梁高度均為500 mm，寬度均同墻厚。

材料選用：框支層采用C45；框支以上兩層采用C40；5～12層采用C35；其余各層均為C30。

文章采用中國建筑科學院研發的PKPM軟件中的SATWE模塊進行分析。

2 結構質量

表1 結構質量 /t

由表1可知，兩種方案結構的質量比較接近。

3 結構自振周期

兩個方案第1周期均為X向平動周期；第2周期均為Y向平動周期；第3周期均為扭轉周期；計算得到的結構前6個周期見表2。

表2 結構自振周期 /s

由表2可知，兩種方案的周期較為接近，但是方案2的周期普遍比方案1大。為控制結構的扭轉效應，我國規范提出結構扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期的比值不大于0.85～0.9的限值要求。方案1的周期比為0.796，方案2的周期比為0.833。可以看出，在結構質量比較接近的條件下，框支短肢剪力墻結構體系的扭轉效應要比傳統框支剪力墻結構體系大。這是由于短肢剪力墻方案，剪力墻分布較為分散，導致結構外圍剛度分布也比傳統剪力墻分散，結構外圍剛度與中心剛度的比值較傳統剪力墻要小。

4 結構剛度

我國現行規范對薄弱層有明確要求，薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數。對于薄弱層的判斷，以豎向層剛度比以及承載力比作為判斷依據：該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰3個樓層側向剛度平均值的80%；抗側力結構的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80%。文章兩種方案的層剛度對比見表3。

表3 結構層剛度(E+07 kN/m)

由表3可知，在結構質量比較接近的條件下，方案2的上部結構的層剛度比方案1小。說明在轉換層結構中應用短肢剪力墻可以減小上部結構的層剛度，從而減小轉換層與上一層側向剛度比。該比值是影響轉換層結構抗震性能的主要因素之一，將短肢剪力墻應用到轉換層結構中，減小該比值，對于轉換層結構抗震是有利的。

5 結構彈性位移

方案1在地震作用下X方向的最大位移為41.1 mm，Y方向最大位移為38.0 mm；方案2在地震作用下X方向的最大位移為40.4 mm，Y方向最大位移為36.5 mm。這兩種方案的最大位移接近，其彈性位移角見表4。

由表4可知，兩種方案的X向最大層間位移角分別為1/1 108和1/1 127，均出現在結構第10層；兩種方案的Y向最大層間位移角分別為1/1 231和1/1 272，均出現在結構的第11層。兩種方案中各樓層X向和Y向的層間位移角均比較接近，從總體而言，方案2與方案1對比，方案2層間位移角稍小。

6 結構抗震等級

《高規》10.2.5條規定，轉換層在3層及3層以上時，框支柱及落地剪力墻的底部加強部位的抗震等級應比表4.8.2和表4.8.3提高一級，已為特一級不再提高，非底部加強部分剪力墻及非落地剪力墻不必放大。

《高規》7.1.2-3條規定，抗震設計時，短肢剪力墻的抗震等級應比表4.8.2規定的剪力墻抗震等級提高一級。

對于文章中的兩種方案，框支、框架的抗震等級均不必提高，即均為二級；對于落地剪力墻，底部加強部位的抗震等級為二級，非底部加強部位為三級。對于是非落地剪力墻，兩種方案的抗震等級略有不同，方案1的底部加強部位為二級，非底部加強部位為三級；方案2應在方案1的基礎上提高一級。方案2隨著抗震等級的提高，短肢剪力墻墻肢的軸壓比限值也減小。結構設計時，需通過加厚墻肢等方式控制短肢剪力墻墻肢的軸壓比。

7 設計認識和建議

（1）雖然短肢剪力墻結構體系比一般剪力墻結構體系抗側移剛度要弱，但是，將其應用到轉換層結構中，不僅可以減小轉換層與其上樓層的側移剛度比，還可以減小轉換層附近的剛度突變和剪力分布突變，這樣對結構抗震有利；而且，在結構質量基本不變的情況下，結構整體剛度減小，自振周期增大，所承受的地震作用減小，結構的彈性層間位移較不一定因為其樓層抗側移剛度的減小而增大，甚至可能減小。

（2）對于帶核心筒的框支短肢剪力墻結構，由于短肢剪力墻分布較為分散，其外圍剛度較一般剪力墻弱，結構的扭轉效比一般剪力墻布置方案可能明顯，設計師應注意控制結構平動第1周期與扭轉第1周期之比。

（3）在框支短肢剪力墻結構設計時，應注意，短肢剪力墻的抗震等級應比《高規》表4.8.2的規定提高一級。所以，短肢剪力墻墻肢的軸壓比限值也有所降低，結構設計時，應注意控制短肢剪力墻，尤其是框支層以上兩層短肢剪力墻墻肢的軸壓比。

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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，太原理工大學建筑與土木工程學院碩士研究生。