框支—剪力墻在高層結構設計中的應用體會

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摘要：文章首先對框支-剪力墻結構體系進行了概括性介紹，并在此基礎上對框支-剪力墻在高層建筑結構設計中的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠對高層建筑結構抗震性能的提升有所幫助。

關鍵詞：高層建筑；框支-剪力墻；結構設計

1、框支-剪力墻結構體系概述

框支-剪力墻是目前高層建筑中較為常用的一種結構體系，具體是指建筑結構中某個部分的剪力墻因為構造要求無法落地，而是直接落在下層的框架梁上，并由該框架梁將荷載傳遞到框架柱上的結構形式。采用框支-剪力墻的高層建筑，其上、中、下不同部分的樓層，可布設為各不相同的開間，這樣可以滿足不同使用功能的要求。這種結構形式與有利于受力的結構兩者之間有一定的矛盾沖突，故此，在結構布置發生變化的樓層當中電算不過，需要設置轉換層，以此來實現結構類型及軸線的轉換。

工程實踐表明，框支-剪力墻在轉換層附近會出現較大的剛度突變，由此會對結構抗震造成一定程度的影響。根據受力方案的不同，可將其發展分為以下兩個階段：柔性底層大空間是框支-剪力墻結構體系的第一階段；非柔性底層大空間階段是框支-剪力墻結構體系的第二階段，該階段是目前高層建筑所采用的主要受力方案。在第一階段中，框支-剪力墻是在高層建筑底部一層或是幾層將上部的剪力墻通過框支梁轉換成為框支柱，因結構上部剪力墻自身的剛度較大，而下部框支柱的剛度較小，在地震荷載的作用下，上部剪力墻便會處于彈性狀態，由此會造成底部框架變形。正是因為第一階段的框架剪力墻在抗震性方面較差，業內的專家提出了各種改善其結構性能的方法，為使這種結構體系能夠應用于地震區的高層建筑中，現行的規范對有抗震設防要求的這種結構形式的房屋建筑給出了明確的規定。

2、框支-剪力墻在高層建筑結構設計中的應用

2.1 框支柱設計

在地震荷載的作用下，框支柱與落地剪力墻是帶有轉換層結構的高層建筑中的抗震薄弱部位，如果設計不合理，該部位會首先發生破壞，由此會導致高層建筑的整體穩定性下降。故此，加強框支柱及落地剪力墻有助于提升高層建筑結構的抗震性能。框支柱所承受的地震剪力標準值除應當按照規定要求適當放大之外，還應滿足如下要求：

2.1.1 截面尺寸。或+50mm，在非抗震設計中，≥400mm，≥L/15；在抗震設計中，≥450mm，≥L/12。同時為了防止形成短柱引起脆性破壞，還應當滿足下式： /≥4。以上各式中，代表框支梁的寬度；代表框支柱的截面寬度；L代表框支梁的跨度；代表框支柱的凈高；呆不愛哦框支柱的截面高度。

2.1.2 最小配筋率。一級抗震的配筋率應當大于等于1.0%；二級抗震的配筋率應當大于等于0.9%；三級地震以及非抗震設計的配筋率應當大于等于0.8%。框支柱全部縱向鋼筋的配筋率盡可能不要超過3%，若是大于這一數值時，則應當采用焊接封閉式箍筋。此外，縱向上鋼筋的間距應滿足如下要求：抗震設計時不得超過200mm，非抗震設計時不得超過250mm，并且兩種情況的最小間距不得小于80mm。

2.1.3 軸壓比限值。相關規范規定，在沒有地震組合的條件下，框支柱的軸壓比限值可以取0.9；若是有地震作用組合，則一級抗震的軸壓比應當不超過0.6，二級抗震不超過0.7，三級抗震不超過0.8。

2.2 框支梁設置

相關試驗結果顯示，帶有轉換層的高層建筑中的框支梁受力情況較為復雜，其經常被作為偏心受拉構件，需要承受相對較大的剪力。由于框支梁為偏心受拉構件，故此可按照鋼混抗彎構件對其截面進行計算，并且混凝土強度等級不宜低于C30。框支梁主筋的構造要求如下：

2.2.1應當有不少于50%的支座上部主筋為通長鋼筋，位于梁底部的受力鋼筋應當全部錨入到框支柱內。

2.2.2由于框支梁屬于偏拉構件，其主筋的最小配筋率應為0.3%，并沿著梁通長設置，不得存在接頭，若是必須有接頭時，則應當采用焊接或是機械連接的接頭，嚴禁使用綁扎接頭。

2.3 框支層樓板設計

通常情況下，高層建筑上層剪力墻的水平剪力中一部分會經由框支層樓板傳遞給落地剪力墻，在這一過程中，樓板需要承受相對較大的水平作用力，為此，在設計時，要對框支層樓板進行加強。具體的設計要求如下：

2.3.1 框支層樓板的最小厚度不得低于180mm，若是采用現澆樓板，混凝土的強度等級不得低于C30.

2.3.2 框支層樓板的配筋應當采用雙層雙向鋼筋，每一層上的配筋率均不得低于0.25%。

2.3.3 當框支層樓板位于框支墻區域內時，不宜在樓板上進行開洞，以免影響其平面內的整體剛度。不在框支墻區域內的框支層樓板的開洞位置應當遠離外側邊，同時，與框支層相鄰的樓板應采取有效的加強措施。

2.4 框支-剪力墻設計措施

由前文分析可知，框支-剪力墻是一種受力比較復雜且對建筑抗震較為不利的結構形式，為此，在高層建筑結構設計中應用框支-剪力墻時，應采取如下措施：

2.4.1 減弱結構上部剛度、增強下部剛度。為進一步增強框支-剪力墻結構的抗震性能，確保底部轉換層上下層之間有一個較為合理的剛度比，應當在具體設計時，加強底部框支層的剛度，并在不影響結構穩定性的前提下，適當減弱轉換層上部結構的剛度，借此來使轉換層上部結構與下部的框支層剛度及水平位移特征比較接近。常用的方法有以下幾種：上部剪力墻開洞、增大筒壁的厚度、加大筒體的尺寸、提升混凝土的強度等級。

2.4.2 要適當減少轉換結構。對框支-剪力墻進行豎向布設的過程中，應當盡可能減少水平轉換結構，并使豎向上主要的受力構件上下連續，如高層建筑中的電梯間、樓梯間周圍的鋼混筒體應上下連續貫通。

2.4.3 確保傳力直接。在布置轉換層的轉換構件時，應當盡可能地避免多級、復雜轉換的情況發生，并使水平轉換結構的傳力直接。同時，盡量不要使用厚板轉換結構，因為這種結構本身的質量較大，需要耗費大量的材料，經濟性較差，并且傳力也相對比較復雜，對結構抗震不利。

2.4.4 分析模型要與實際情況相符。在高層建筑中，如果設置轉換層，則在結構計算分析時，應當根據實際的結構布置及受力情況，建立計算分析模型。由于轉換層是結構的一部分，故此其也應當參與整體計算，在具體計算的過程中，應當在模擬施工荷載的前提下，對結構進行校核驗算。

2.4.5 轉換層優化。當高層建筑處于地震區且采用框支-剪力墻結構時，轉換層的布置不宜過高，若是建筑功能有特殊要求，必須在將轉換層設置在高位時，應當選擇以下幾種結構形式：空腹或斜腹桁架、寬扁梁等，與普通的框支梁相比，這些結構形式的轉換層可以有效減小框支柱定彎矩與剪力，有利于結構受力。

結論

綜上所述，框支-剪力墻是高層建筑設計中較為常用的一種結構形式，因該結構的受力比較復雜，加之抗震性能較差，故此，采用框支-剪力墻時，除了要做好框支柱、框支梁、框支層樓板等主要環節的設計外，還應采取有效的設計措施，以此來確保其滿足抗震要求，從而提高建筑的整體抗震性能。

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