房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

蓋世博

【摘要】近年來(lái)，房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到了快速發(fā)展和廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)內(nèi)容有著重要意義。本文首先介紹了轉(zhuǎn)換層的功能與設(shè)計(jì)原則，分析了帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就一些常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑；帶轉(zhuǎn)換層；框支剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

作為房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻應(yīng)用方面的重要工作之一，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在近期得到了業(yè)內(nèi)的高度關(guān)注。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐水平，從而有效優(yōu)化帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻的最終應(yīng)用效果。

二、轉(zhuǎn)換層的功能與設(shè)計(jì)原則

1.轉(zhuǎn)換層的功能

（一）建筑功能。利用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)可以為高層建筑提供寬闊的室內(nèi)空間和出入口。

（二）結(jié)構(gòu)功能。高層建筑利用轉(zhuǎn)換層可以實(shí)現(xiàn)上下部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，上部的剪力墻結(jié)構(gòu)更適合于民用住宅結(jié)構(gòu)，而下部框架結(jié)構(gòu)由于可以具有較大的內(nèi)部空間，更適宜商用。通過(guò)轉(zhuǎn)換層將兩者有效的融合為一體，確保了高層建筑結(jié)構(gòu)的多樣化。

（三）軸線(xiàn)及上下層柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換。利用轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在其不改變上下結(jié)構(gòu)形式的情況下，可以通過(guò)對(duì)軸線(xiàn)及上下層柱網(wǎng)的改變，實(shí)現(xiàn)下部柱距的擴(kuò)大，以大柱網(wǎng)的形式滿(mǎn)足下部大空間的需求。

（四）錯(cuò)位布置。在轉(zhuǎn)換進(jìn)行上下結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換時(shí)，可以對(duì)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的軸線(xiàn)和柱網(wǎng)軸線(xiàn)進(jìn)行錯(cuò)位布置。

2.設(shè)計(jì)原則

高層建筑由于自身重量較大，所以對(duì)其穩(wěn)定性和抗震性具有較高的要求，但在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時(shí)，極易導(dǎo)致豎向剛度突變的發(fā)生，從而導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能受到較大的影響，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循利用直接落地的豎向構(gòu)件、宜低不宜高、宜小不宜大的諸多原則。即在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時(shí)，由于豎向構(gòu)件會(huì)對(duì)剛度和結(jié)構(gòu)的抗震性能帶來(lái)突變，所以需要選擇直接落地的豎向構(gòu)件來(lái)進(jìn)行設(shè)置；在進(jìn)行轉(zhuǎn)換層設(shè)置時(shí)，盡量選擇高層建筑豎向位置較低的地方；同時(shí)為了確保所設(shè)置的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式能夠具有更明確的傳力路徑，所以需要對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，這樣對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工都會(huì)有一定的益處；在轉(zhuǎn)換時(shí)需要對(duì)剛度進(jìn)行適度的控制，不宜過(guò)大，這樣不僅有利于建筑物的安全性，而且也會(huì)帶來(lái)較好的經(jīng)濟(jì)性。

三、帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.抗震等級(jí)的確定

工程轉(zhuǎn)換層以下為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層以上為純剪力墻結(jié)構(gòu)，是多種結(jié)構(gòu)形式共存的復(fù)雜高層建筑，因而不能像單純的框架結(jié)構(gòu)或者剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級(jí)，而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié)，有針對(duì)性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)。

2.結(jié)構(gòu)豎向布置

高層建筑的側(cè)向剛度宜下大上小，且應(yīng)避免剛度突變。然而帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，對(duì)該工程而言，屬于高位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層上下等效側(cè)向剛度比宜接近于1，不應(yīng)大于1.3。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)把握的原則歸納起來(lái)就是要強(qiáng)化下部，弱化上部，盡量避免出現(xiàn)薄弱層。可采用的方法有以下幾種。

（一）使盡可能多的剪力墻落地，必要時(shí)甚至可以在底部增設(shè)部分剪力墻（不伸上去）。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，讓兩側(cè)各有一片剪力墻落地，并且北部還有一大片L型剪力墻也落至基礎(chǔ)。這些都大大增強(qiáng)了底部剛度。

（二）加大底部剪力墻厚度，減小上部剪力墻厚度，轉(zhuǎn)換層以下剪力墻厚度區(qū)為400mm厚，上部厚度取為200mm。

（三）底部剪力墻盡量不開(kāi)洞或開(kāi)小洞，以免剛度削弱太多。

（四）提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用C55混凝土。

3.結(jié)構(gòu)平面布局

工程底部為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，體形復(fù)雜，不規(guī)則；轉(zhuǎn)換層上部為純剪力墻結(jié)構(gòu)，由于建筑布置的不對(duì)稱(chēng)，剪力墻的布置須經(jīng)多次試算，最后結(jié)果是質(zhì)量中心與剛度中心偏差不超過(guò)1m，結(jié)構(gòu)偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強(qiáng)抗扭效果，查閱計(jì)算結(jié)果，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比為0.77，各層最大水平位移與層間位移比值不大于1.4，均滿(mǎn)足平面布置及控制扭轉(zhuǎn)的要求。可見(jiàn)工程平面布局規(guī)則合理，抗扭效果良好。

四、一些常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法

1.對(duì)剪壓比超限的連梁處理

剪壓比超限問(wèn)題在剪力墻中是很常見(jiàn)的，尤其是在高烈度區(qū)，經(jīng)常是計(jì)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(shuō)明該連梁兩側(cè)的墻肢過(guò)強(qiáng)或者是吸收的地震力太大。對(duì)于減少連梁的高度仍然超筋連梁的設(shè)計(jì)，應(yīng)按《高規(guī)》該連梁截面能承受的最大剪力計(jì)算連梁抗剪箍筋，再根據(jù)該剪力值計(jì)算出連梁端部彎矩（為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假設(shè)反彎點(diǎn)在中點(diǎn)），并作適當(dāng)折減，然后根據(jù)該彎矩值計(jì)算連梁縱筋。當(dāng)多遇地震來(lái)臨時(shí)，連梁端部彎矩很快達(dá)到極限抗彎承載力，出現(xiàn)塑性鉸，端部彎矩不再增加。由于彎矩與剪力之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，連梁中的剪力也不再增加。而在設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)保證了在端部彎矩達(dá)到極限抗彎承載力，抗剪能力是有富余的，此時(shí)抗剪不會(huì)破壞。在這種情況下，連梁仍能保證對(duì)豎向荷載的承載能力，同時(shí)對(duì)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(mǎn)足設(shè)計(jì)對(duì)連梁的基本要求。

2.轉(zhuǎn)換層上部剪力墻超筋的處理

框支剪力墻結(jié)構(gòu)由于轉(zhuǎn)換層上下構(gòu)件不連續(xù)、剛度突變以及轉(zhuǎn)換梁豎向變形等因素，設(shè)計(jì)者在計(jì)算過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換層上部一層或者兩層剪力墻出現(xiàn)超筋現(xiàn)象。

（一）當(dāng)出現(xiàn)剪力墻邊緣構(gòu)件超筋警告時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)具體情況調(diào)整剪力墻截面、改變結(jié)構(gòu)布置或者手工復(fù)核配筋率是否超出規(guī)范的控制要求。

（二）當(dāng)剪力墻水平筋超筋時(shí)，這種情況多數(shù)是結(jié)構(gòu)布置不合理，必須調(diào)整剪力墻結(jié)構(gòu)布置。

3.剪力墻平面外剛度及承載力都相對(duì)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(xiàn)平面彎矩最小且滿(mǎn)足相應(yīng)墻厚的平面承載力要求，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全最優(yōu)化結(jié)果，是一個(gè)值得探討的問(wèn)題。

按偏心受壓構(gòu)件正截面配筋來(lái)確定剪力墻的平面承載力，配筋設(shè)計(jì)偏于安全，但配筋量有點(diǎn)偏大，當(dāng)高寬比不同時(shí)，其折減系數(shù)取多少也是需要繼續(xù)研究的問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究分析，對(duì)于其整體應(yīng)用效果有著十分重要的意義，因此在今后的實(shí)踐中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視程度，注重其設(shè)計(jì)的整體性與科學(xué)性，以獲得最優(yōu)化的整體效果。

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