高層建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究

【摘要】隨著我國房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，人們對建筑工程的要求也越來越高。高層建筑除了需要滿足人們的使用需求，還必須保證其抗震性能，這是保證高層建筑安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用廣泛，本文論述了高層建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求、設(shè)計時的計算要點和構(gòu)造要求，重點分析了內(nèi)力調(diào)整的要求，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；框支剪力墻結(jié)構(gòu)；設(shè)計

在我國建筑工程中，較為常用的框支剪力墻結(jié)構(gòu)是由框支剪力墻與剪力墻筒體或落地剪力墻組成的結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)的底部空間較大，可滿足建筑的多功能需求，在底層為車庫、機(jī)房、餐廳、商店，上層為公寓、住宅、酒店等的高層綜合建筑中應(yīng)用廣泛，但這種結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計和結(jié)構(gòu)受力方面存在較大問題，例如缺乏直接的豎向力量傳導(dǎo)、側(cè)向結(jié)構(gòu)的剛度突變，若在地震狀態(tài)下，或?qū)е聵?gòu)件應(yīng)力集中或薄弱層變形，加之構(gòu)造復(fù)雜，也增加了結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度。為了滿足現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的需求，框支剪力墻結(jié)構(gòu)需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層，通過轉(zhuǎn)換柱下部空間在建筑物下部形成較大空間。

一、框支剪力墻結(jié)構(gòu)的布置要求

（一）、平面布置

平面布置的要求是整體性良好、均衡對稱、規(guī)范、簡單，盡量使結(jié)構(gòu)的剛度中心和荷載重合，避免扭轉(zhuǎn)帶來的不良影響。地震作用具有偏心影響，建筑豎向構(gòu)件的層間位移與水平位移不應(yīng)超過平均樓層高度的1.2倍。某高層建筑的電梯間和樓梯間較為薄弱，在薄弱處以及建筑物兩側(cè)均設(shè)置了落地剪力墻，組成落地筒體，并且在橫向布置了的落地剪力墻，間距為10.4m，保證墻體的平面布置均勻、分散。

（二）、豎向布置

豎向布置的主要要求是對轉(zhuǎn)換層剛度變化進(jìn)行有效控制。為了確保大空間底部的強度、剛度、延性適合，應(yīng)對轉(zhuǎn)換層下部剛度進(jìn)行加強，使轉(zhuǎn)換層上部剛度弱化，使轉(zhuǎn)換層剛度接近其上下層的變性特征，通常要求上下轉(zhuǎn)換層的等效剛度比應(yīng)盡量接近1。

（三）、框支柱和落地剪力墻的布置

第一，底部應(yīng)設(shè)置落地筒體，且應(yīng)對落地筒體或剪力墻底部進(jìn)行加厚；第二，應(yīng)保證在框支層在1～2層時，落地剪力去與框支柱的間距應(yīng)小于12m，框支層在3層及以上樓層時，間距應(yīng)小于10m。為了達(dá)到大空間底部樓層板的剛度要求，使處在轉(zhuǎn)換層上的剪力墻可將剪力傳遞給落地剪力墻，以降低框支柱承受的剪力；第三，應(yīng)在墻體中部布置落地剪力墻的洞口；第四，不應(yīng)將邊門洞設(shè)置在框支剪力墻轉(zhuǎn)換梁上層的墻體，也不應(yīng)將門洞甚至在中柱上方；第五，不應(yīng)錯層布局框支層附件樓板；第六；應(yīng)在剪力墻底部的加厚位置兩端設(shè)置端柱或翼墻，在進(jìn)行抗震設(shè)計時需設(shè)置邊緣約束構(gòu)件。

（四）、轉(zhuǎn)換構(gòu)件布置

通常，在對轉(zhuǎn)換層豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置時，轉(zhuǎn)換層上部的抗側(cè)力墻體應(yīng)處在轉(zhuǎn)換層主體結(jié)構(gòu)，若豎向布置較為復(fù)雜，應(yīng)保證框支主梁承托次梁及剪力墻，在應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)應(yīng)力校核進(jìn)行配筋，對配筋結(jié)構(gòu)采取強化措施。在B級高度的高層建筑中，其框支剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層不應(yīng)使用框支主次梁。

二、框支剪力墻設(shè)計的計算要點

（一）、一般要求

轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)是框支剪力墻整體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，應(yīng)保證其計算模型與實際情況相符，通常需要應(yīng)用兩個以上的力學(xué)模型，整體分析三維空間模型，比較分析計算結(jié)果。在計算基礎(chǔ)上，通過有限元方法補充計算轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)力要求設(shè)計校對配筋。在進(jìn)行抗震計算時，應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保證振型數(shù)大于15，且多塔樓建筑結(jié)構(gòu)的振型數(shù)應(yīng)大于塔樓數(shù)量的9倍。補充計算整體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)利用彈性時程分析法，必要時可利用彈塑性動力靜力分析法對薄弱部位的彈塑性變形進(jìn)行驗算，此外還應(yīng)在重力荷載狀態(tài)下對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算。在設(shè)計8度抗震時，應(yīng)考慮縱向地震作用的影響，可利用動力時程分析法或反應(yīng)譜法進(jìn)行計算。

（二）、調(diào)整內(nèi)力

（1）帶轉(zhuǎn)換層的底部薄弱層的地震剪力應(yīng)與增大系數(shù)1.15相乘，并能夠滿足建筑最小剪重比的要求。（2）根據(jù)“強剪弱彎”的原則，對框支柱彎矩、柱端梁剪力進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計框支柱剪力時應(yīng)乘以增大系數(shù)，設(shè)計框支柱的彎矩時，應(yīng)乘以增大系數(shù)，在此基礎(chǔ)上，框支角柱的剪力設(shè)計值和彎矩設(shè)計值應(yīng)再次乘以增加系數(shù)。（3）對框支柱剪力進(jìn)行調(diào)整，若高層建筑帶轉(zhuǎn)換層，在每層框支柱數(shù)量少于10的情況下，若為1～2層框支層，框支柱承受剪力應(yīng)為基底剪力的2%，若為3層及以上框支層，框支柱承受剪力應(yīng)為基底剪力的3%。若每層框支柱數(shù)量超過10，則1～2層框支層的框支柱承受剪力應(yīng)為基底剪力的20%，3層及以上框支層框支柱承受的剪力應(yīng)為基底剪力的30%。（4）調(diào)整落地剪力墻的加厚位置的剪力時，應(yīng)將各截面剪力乘以增大系統(tǒng)，調(diào)整其他部位的彎矩時，應(yīng)將各截面組合彎矩乘以增大系數(shù)。

三、框支剪力墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求

框支剪力墻結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件的強度要求如下：轉(zhuǎn)換層樓板、框支柱、框支梁的強度至少為C30，轉(zhuǎn)換層下墻體混凝土強度至少為C30，框支梁上墻體強度至少為C20。

框支剪力墻結(jié)構(gòu)的截面尺寸要求如下：（1）若進(jìn)行抗震設(shè)計，框支柱的截面高度應(yīng)大于框支柱跨度的1/12，若為非抗震設(shè)計，其高度應(yīng)大于1/15；抗震設(shè)計時的截面寬度應(yīng)大于450mm，非抗震設(shè)計時應(yīng)大于400mm。（2）框支梁的截面高度，在進(jìn)行抗震設(shè)計時，應(yīng)大于計算跨度的1/6，若為非抗震設(shè)計則應(yīng)大于1/3；其截面寬度，應(yīng)大于400mm，小于相應(yīng)方向框支柱的截面寬度，且大于上墻體厚度的2倍。若利用加腋梁作為框支梁，則應(yīng)加厚落地剪力墻。（3）應(yīng)對轉(zhuǎn)換層樓板進(jìn)行雙向配筋，其厚度至少為180mm，保證配筋率至少為0.25%，在墻體內(nèi)或邊梁錨固樓板鋼筋，且不應(yīng)在落地筒體或剪力墻周圍樓板開洞。應(yīng)在洞口周邊和樓板邊緣設(shè)置邊梁，其縱向配筋率至少為0.1%，寬度應(yīng)大于樓板厚度的2倍，利用機(jī)械焊接的方法連接鋼筋接頭，同時需要加強鄰近轉(zhuǎn)換層的樓層樓板。（4）應(yīng)加強剪力墻加強位置、框支柱、框支梁的配筋，保住錨固牢固。對于特一級的落地剪力墻加強位置，應(yīng)在其邊緣配置型鋼，且將型鋼向上下一層延伸；對于特一級框支柱應(yīng)使用鋼管混凝土或型鋼混凝土支柱。

四、總結(jié)

綜上所述，與剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系相比，框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能和受力性能均較差，尤其是轉(zhuǎn)換層鄰近樓層及其下部，容易受到地震作用的破壞，因此，需要加強對框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。此外，高層建筑框支剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員需要加強與建筑專業(yè)人員的聯(lián)系，以便順利完成設(shè)計。

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