高層建筑中帶轉換層的框支剪力墻結構設計

周慧潔

摘 要：本文主要針對高層建筑中帶轉換層的框支剪力墻設計展開了探討，通過結合具體的工程實例，對整體結構設計中的幾個要點作了簡要介紹，并系統闡述了框支結構設計要點和轉換構件設計要求，以期能為有關方面的需要提供有益的參考借鑒。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；框支剪力墻；設計

0引言

所謂的轉換層，是指建筑物某層的上部與下部平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結構類型，并通過該樓層進行結構轉換的結構。而剪力墻，是指房屋或構筑物中主要承受風荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體。為了更好的控制轉換層剪力墻的施工，就需要做好有關方面的設計。基于此，本文就高層建筑中帶轉換層的框支剪力墻設計進行了探討，相信對有關方面的需要能有一定的幫助。

1工程概況

該工程1#樓地下兩層，地上一層為店面，地上二層為架空層，以上均為住宅，總層數三十層。一層層高為5.25m，二層層高為6.15m，三至三十層層高均為3.1m，建筑物主體總高98.2m。結構選用框支剪力墻結構體系，框支層位于三層住宅樓面，建筑抗震設防類別為丙類建筑，工程的抗震設防烈程度為7度，抗震設計基本地震加速度值為0.15g。建筑場地類別為Ⅱ類，基本風壓值：0.95kN/m2（100年一遇），地面粗糙度類別為C類。結構分析軟件采用中國建筑科學研究院PKPM系列軟件《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATEW》。取1#樓軸線1-28～軸線1-41之間的部分，轉換層及標準層結構平面如附圖1。

圖1標準層結構平面

各種形式轉換層的優缺點如下

（1）梁式轉換層：優點-設計和施工均較為簡單，傳力較為明確；缺點-當上下軸線錯位布置時，需增設較多的轉換次梁，空間受力較為復雜。

（2）箱式轉換層：優點-轉換梁的約束強，剛度大，整體工作效果好，上下部傳力較為均勻，并且建筑功能上還可將其作為“設備層”；缺點-轉換梁梁中開設備洞較多，施工復雜，且造價較高。

（3）桁架式轉換層：優點-框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉換型式相對較小；缺點-施工比較麻煩，且對于軸線錯位布置時難度較大。

結合工程實際建筑布局情況，并考慮經濟指標及施工難易程度，經過技術經濟比較后，決定采用梁式轉換層結構型式，也可稱為梁式框支剪力墻結構。

2整體結構設計中的幾個要點

本工程結構轉換層設計遵循下述原則：

（1）協調上、下部分結構布置，盡量減少轉換結構的數量；

（2）轉換結構采用梁式結構，盡可能直接承托上部豎向結構，避免或少用主、次轉換梁的形式；

（3）上部豎向構件盡可能置于轉換梁靠近支座處，以利豎向力的傳遞；

3框支結構設計要點

3.1抗震等級的確定

本工程轉換層以下為框架-剪力墻結構，轉換層以上為剪力墻結構，是多種結構形式共存的復雜高層建筑，因而不能像單純的框架結構或剪力墻結構那樣籠統地確定抗震等級，而應該嚴格按照現行規范的不同章節，有針對性地分別確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級，這是明確各部分結構構造要求的關鍵。

依據第4.8.2條抗震設計時，A級高度丙類建筑鋼筋混凝土結構的抗震等級應按表4.8.2確定；第4.8.5條抗震設計的高層建筑，當地下室頂層作為上部結構的嵌固端時，地下一層的抗震等級應按上部結構采用，地下一層以下結構的抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。綜上所述，本工程各部位的抗震等級確定詳見表1。

表1抗震等級表

3.2結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此，因此對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。在設計過程中，應把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下幾種：

（1）與建筑專業協商，除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，使盡可能多的剪力墻落地。這些無疑都大大增強了底部剛度。

（2）加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中，核心筒外圍部分的厚度取為400mm，核心筒以外部分墻厚度取為450mm。轉換層以上標準層墻厚300mm。

（3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

（4）提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用C45混凝土。

（5）適當減少轉換層上部剪力墻數目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結構洞（結構施工完畢后再用填充墻填實），以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結構自振周期，減小地震作用力。

4轉換構件設計要求

4.1框支柱

框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性，對其軸壓比應嚴格控制。工程框支柱抗震等級為一級，軸壓比不得大于0.6，對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”，不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于10@100，全長加密，且配箍不得小于1.5%。框支柱為非常重要的構件，為增大安全性，對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應的增大系數，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%。因為程序計算時，一般假定數板剛度無限大，水平剪力按豎向構件的剛度分配。底部剪力墻剛度遠大于框支柱，使得框支柱剪力非常小。然而考慮到實際工程中樓板的變形以及剪力墻出現裂縫后剛度的下降，框支柱吸收的剪力會增加。因而對框支柱的剪力增大作了單獨規定。另外，為了加強轉換層上下連接，框支柱上部墻體范圍內的縱筋應伸入上部墻體內一層；其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉換層梁板內，滿足錨固要求。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其上墻厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于計算跨度的1/6。本工程框支梁梁寬最小為800mm。框支梁受力巨大且受力情況復雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關鍵部位，是一個復雜而重要的受力構件，因而在設計時應留有較多的安全儲備，特一級抗震框支梁縱筋配筋率不得小于0.6%。框支梁在滿足計算要求下，配筋率不小于0.8%。框支梁一般為偏心受拉構件，其支座上部縱向鋼筋至少應有50%沿梁全長貫通；由于梁中有軸力存在，因而應配置足夠數量的腰筋，腰筋采用直徑不小于16的鋼筋（本工程采用直徑20的Ⅲ級鋼），沿梁高間距小于200mm，并且應可靠錨入支座內。框支梁受剪很大，而且對于這樣的抗震重要部位，更應強調“強剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應進行適當的加強配置。

5結語

如今，隨著我國建筑技術的發展進步，帶轉換層的部分框支剪力墻高層建筑得到了廣泛應用。因此，若想做好轉換層剪力墻的施工，工作人員就必須要注重設計工作。綜上所述，本文就高層建筑中帶轉換層的框支剪力墻設計進行了探討，結合了具體的工程實例對相關方面作了系統分析闡述，旨在能為類似的施工提供幫助。

參考文獻

[1]章斌金.框支剪力墻轉換層結構設計探索[J].工程建設與設計.2003（02）.

[2]李路雄.帶轉換層的框支剪力墻結構設計實例[J].建筑知識.2010（S2）.