關于帶轉換層的部分框支剪力墻結構

【摘要】根據某項目的一棟框支剪力墻結構進行分析，通過分析結構轉換層以及對建模中出現的問題的分析，進而闡述了部分框支剪力墻的適用范圍和弊病。

【關鍵詞】轉換層；框支剪力墻

1.工程概況

1.1某高層建筑，由7 棟32 層住宅樓組成。地下室 3 層，為車庫及設備用房；首層架空，層高為 6.3m；2 層以上為住宅，層高為3m ；本工程設計使用年限為 50 年，安全等級為二級，建筑物抗震類別丙類；基本風壓為 0.70 kN/m2（50年一遇），100 年一遇風壓為0.77 kN/m2；地面粗糙度為 B 類；建筑場地為Ⅱ類，地震設防烈度：7度，設計基本地震加速度為0.10g，地基基礎設計等級為甲級。為滿足建筑的使用功能及立面要求，結構于二層設置了梁板式結構轉換層，除電梯和樓梯剪力墻直接落地及適當位置布置剪力墻外，其余剪力墻由轉換梁托換，以框支柱支承。

2.結構設計與布置

2.1抗震等級的確定

本工程為7度抗震設防，轉換層以上非底部加強部位剪力墻抗震等級按二級，底部加強部位剪力墻抗震等級按一級，轉換層以下的框支框架按一級。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》 （ JGJ3-2010）中第4.3.1條的規定，丙類建筑應符合本地區抗震設防烈度要求。

2.2轉換層結構布置

目前結構轉換層的做法有：厚板轉換層、桁架轉換、巨型梁轉換等結構轉換型式。在工程實踐中，以轉換梁的形式最常見，它設計和施工簡單，受力明確，廣泛應用于底層大空間剪力墻結構中，本工程通過比較采用了巨型梁轉換層結構形式，它是用大梁將上部剪力墻托住，托梁由框支柱支撐。

3.框支剪力墻結構的概念設計

3.1結構平面布置要規則、對稱、建筑平面避免過大的凹槽、內收及樓板大面積開洞以及抗震規范要求不允許出現的不規則平面。因為在地震作用下產生的水平力要靠樓蓋均勻地傳遞到各個豎向構件（剪力墻、柱）上，如果樓板不連續、或者不規則，各個豎向構件就會傳力不均，使其平面質量中心與剛度中心不重合，使結構繞剛心發生扭轉，導致同層構件同一方向上產生不同位移，嚴重時導致結構整體破壞，所以在結構設計中，必須對結構平面布置不規則扭轉問題提起足夠重視。

3.2除核心筒落地外，落地剪力墻的布置宜對稱，在滿足建筑使用要求的前提下盡可能使結構平面外圍的上部剪力墻落地貫通，同時剪力墻的布置盡量使結構剛度中心與結構質心重合，增大結構的抗扭剛度，減小扭轉產生的位移。

3.3控制轉換層上下樓層剛度比、及轉換層下部與上部的等效剛度。加強框支層剛度，要求轉換層及上、下樓層剛度基本均勻，使轉換層上、下結構整體抗側移剛度接近；當下部剛度不夠足時，可以適當加大底部剪力墻的混凝土強度等級、厚度、增設剪力墻等。

3.4《高規》附錄E規定當底部只有1至2層框支層時，要求計算的轉換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時不應小于0.4，抗震設計時不應小于0.5；當底部框支層在三層及以上時，要求計算的轉換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時不應小于0.5，抗震設計時不應小于0.8。但是筆者認為設計人員不能以規范的最低要求控制，轉換層下部與上部等效剛度比如果接近1最好。

3.5加強轉換層下部樓層，避免在轉換層以下出現薄弱層，增大落地剪力墻抗剪抗彎能力，同時控制框支柱的軸壓比，框支柱采用復合箍全高加密形式，來增強框支柱的延性變形能力。轉換層以下結構混凝土強度等級不能太高，否則混凝土構件塑性能力差，抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及當地混凝土強度等級受限的前提下，可以采用芯柱或者加型鋼的辦法來提高軸壓比及延性性能的要求。

3.6轉換層上部宜少采用短肢剪力墻，盡量布置普通剪力墻，因為短肢剪力墻的抗震等級要比普通剪力墻抗震等級高、抗震措施要求比普通剪力墻要求更嚴格，短肢剪力墻抗側能力也不及普通剪力墻，不利于優化設計。

3.7盡量不要采取高位轉換或者更高位轉換（轉換層層數超過規范要求的層數時），轉換層以下層數越多抗震性能越不好，因為高位轉換時剛度和質量都較大，轉換層隨之升高，相當于結構重心上移、剛心上移，不利于抗震優化設計。

3.8由于轉換層質量大、剛度突變，除轉換層本層樓蓋加強外，設計上宜加強轉換層上、下樓層的樓蓋剛度。

4.一些常見問題的解決方法

4.1對剪壓比超限的連梁處理

剪壓比超限問題在剪力墻中是很常見的，尤其是在高烈度區，經常是計算完后多處洞口上連梁超限。處理方法是一般先減連梁高度，以減少連梁吸收的地震力，如果仍然超筋，說明該連梁兩側的墻肢過強或者是吸收的地震力太大。對于減少連梁的高度仍然超筋連梁的設計，應按《高規》該連梁截面能承受的最大剪力計算連梁抗剪箍筋，再根據該剪力值計算出連梁端部彎矩（為簡化起見，假設反彎點在中點），并作適當折減，然后根據該彎矩值計算連梁縱筋。當多遇地震來臨時，連梁端部彎矩很快達到極限抗彎承載力，出現塑性鉸，端部彎矩不再增加。由于彎矩與剪力之間的導數關系，連梁中的剪力也不再增加。而在設計時，已經保證了在端部彎矩達到極限抗彎承載力，抗剪能力是有富余的，此時抗剪不會破壞。在這種情況下，連梁仍能保證對豎向荷載的承載能力，同時對墻肢有一定的約束能力，并具有變形耗能能力，破壞具有一定延性，基本上滿足設計對連梁的基本要求。

4.2轉換層上部剪力墻超筋的處理

框支剪力墻結構由于轉換層上下構件不連續、剛度突變以及轉換梁豎向變形等因素，設計者在計算過程中往往會出現轉換層上部一層或者兩層剪力墻出現超筋現象。

（1）當出現剪力墻邊緣構件超筋警告時，設計者應根據具體情況調整剪力墻截面、改變結構布置或者手工復核配筋率是否超出規范的控制要求。

（2）當剪力墻水平筋超筋時，這種情況多數是結構布置不合理，必須調整剪力墻結構布置。

4.3剪力墻平面外剛度及承載力都相對很小，如何確定不同板厚、不同墻厚及不同跨度情況下使得剪力墻出現平面彎矩最小且滿足相應墻厚的平面承載力要求，達到經濟、安全最優化結果，是一個值得探討的問題。

按偏心受壓構件正截面配筋來確定剪力墻的平面承載力，配筋設計偏于安全，但配筋量有點偏大，當高寬比不同時，其折減系數取多少也是需要繼續研究的問題。

5.框支剪力墻的適用范圍

當底層需要大空間時，采用框架結構支撐上部剪力墻，就形成框支剪力墻。剪力墻一般可以分為平面的剪力墻以及筒體剪力墻。前者通常應用于鋼筋混凝土的框架結構，還有升板結構中。為了能夠提高結構剛度和強度，提高在地震中的抗震性，在一些部分也可以采用現澆或預制裝配鋼筋混凝土剪力墻。這種現澆的剪力墻模式是通過與周圍梁柱一起澆筑的，具有良好的整體性。而筒體型往往見于高層建筑、高聳結構以及懸吊的體系中，一般電梯間、樓梯間、輔助用房等用隔墻圍成，這些筒壁都是現澆鋼筋混凝土結構，它的強度剛度較大，能夠承載更高的水平荷載。

6.結語

我們應注意框支剪力墻結構是一種抗震不利形式，其結構抗震性能較差，造價高，應盡量避免使用。但它能滿足現代建筑不同功能組合的需要，結構設計又不可避免此種結構形式，對此采取積極措施改善其抗震性能，盡可能減少材料消耗。

參考文獻

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[2]李麗.框支剪力墻結構的設計[J].陜西建筑，2005.7.