實例分析高層的剪力墻建筑框支轉換結構抗震的設計

溫緯立

（廣東省電信規劃設計院有限公司）

1 引言

在建筑的設計當中，一般都是把大柱網構造的餐廳、購物商場以及娛樂房間多設置在綜合性的高層建筑其較下層的部分，然而把開間以及柱網較小的公寓、住宅、辦公功能、賓館等多種建筑設置在較靠上層的位置。為使得這類建筑其使用的功能組要獲得滿足，一般在建筑物的底部應用到框支剪力墻的結構，而上部應用剪力墻的結構?，F在能夠說，該類結構已經成為了高層建筑在發展過程當中的一大趨勢。不過，有關框支剪力墻因為部分的剪力墻沒有落在地面，柱、墻截面會有突變現象，從而使得傳力路線的曲折與應力集中，容易造成薄弱層的形成。對抗震是非常不利的。這種情況對于高層建筑的結構設計又提出了新問題，要求設置一類叫做“轉換層”的構造形式，從而來完成對上下不一樣柱網、不一樣開間、不一樣構造形式的結構轉換，簡單來說，其實就是相鄰兩層結構是不同的，必須設置轉換層來起到“承上啟下”的作用。因此我們在設計的時候要結合著實際的情況，并選用適當結構轉換層的形式，對于薄弱層的部位要在抗震承載力與延性這兩個方面來采取措施并提升其抗震性能。還要注重地震概念設計，使其在整體上成為良好抗震體系。

2 工程結構情況

該工程是在湖南省的某某市，兩層的地下車庫，底部的三層是綜合性的商場，一到五號樓的層數是32層，屋面的標高是99.6m。運用的是鋼筋混凝土的剪力墻結構，四五棟樓因為上面部分墻體和處在底層的房屋布置有沖突，設置成部分的框支剪力墻構造。

3 結構的選型

該工程的高寬比比較大，其最大的高寬比達到7.1，已經超越高寬比在規范中的規定，從而使得上部的墻體較為密集。假如上部墻體是全部落地的狀態，那么一定會對底層的商業布置有著非常大的作用，所以部分的剪力墻不能落地，為使上述的要求得到滿足，一定應用帶有轉換層建筑的結構。

結合著工程實際的布局狀況，并且考慮著經濟指標與施工的難易度，在經過了技術經濟的比較之后，決定運用梁式的轉換層型式。為提升店面底層層高，該轉換梁高度要受到一定的限制，其最大的梁高不應比1400mm大，普通混凝土梁與柱不能滿足該要求，所以框支柱、框支梁應用到型鋼混凝土，該文章以4號建筑做為例子，重點講述了框支剪力墻設計的方式。如圖1與圖2。

4 結構分析主要的結果匯總與分析比較

4.1 結構計算的模型與程序

依照規范規定，對于體型較為復雜且結構布置較為復雜，還有B級高度的高層建筑至少需應用兩個不一樣的力學模型結構的分析軟件實行整體的計算，該工程結構的整體分析應用的軟件為以下兩個：其一，PKPM-SATWE系列；其二，PKPM-PMSAP系列；

4.2 主要的計算結果以及比較和分析

4.2.1 程序運用注意事項

圖1 轉換層的平面圖

圖2 標準層的平面圖

（1）在程序前處輸入的“結構體系”當中選擇“復雜高層”的體系，其就是指明是底部帶有轉換層的高層建筑，而且將轉換梁的所在樓層定義為“轉換層”。

（2）程序在平面輸入的時候要注意部分人工指定的框支梁、框支柱。在進行平面輸入的時候要正確的指認轉換構件，保證程序在計算的時候可以按照相應的規范要求，對于轉換構件于水平地震的作用下，計算內力應放大，以及對于框支柱水平地震的剪力需要調整等。

（3）定義該轉換層與其上下的各層樓板是“彈性膜”。因為托墻梁的上部剪力墻墻拱的作用，會造成下部的托墻梁有軸向拉力的產生，假如樓板是剛性樓板的假定，則梁軸力將會被忽略掉。

（4）規范規定帶有轉換層的建筑結構，在每層的框支柱數目比10根多或者少的時候，框支柱所承受地震的剪力要相應的調整。所以程序前的處理應該對框支柱實行0.2Q的調整。

4.2.2 結構分析主要的結果

（1）四號樓結構在經過分析SATWE與PMSAP的反應譜計算之后，得到結果是基本吻合的情況，其指標基本上滿足了規范的要求。其周期比為Tt/T1=0.841；其樓層的最小剪重比為0.87%；其最大的層間位移角為1／2480；這些都滿足了規范的要求，如表1。

表1 計算周期與實驗周期對比

（2）轉換層的上下樓層進行結構側向的剛度比計量。設計之中控制的轉換層其上下結構側向的剛度比應接近于1，且小于等于2。依照規范的計算方法算出轉換層的上下結構其等效剪切的剛度比是x=0.69與y=0.74；均滿足規范的要求。

（3）框支剪力墻的有限元分析法。應用框支剪力墻的有限元的分析程序FEQ來對框支梁與框支柱以及相鄰的墻體實行分析，該框支梁的偏心受拉性質較為明顯，其截面的大部分力均為拉應力，其梁跨中的截面頂區域雖處在壓應力的狀態，不過其數值較小?？蛑еc框支梁的配筋依整體來計算與FEQ計算方法的包絡。

5 抗震措施

5.1 框支柱的設計

該工程的框支柱的抗震等級是二級，其軸壓比的限值是0.7u。該框支柱的主要截面為800mm×800mm，其計算的結果表明，全部的框支柱受力都較為均勻，且軸壓比是由0.59～0.63u，所以說，框支柱變形的一致性比較好。還有框支柱剪力的設計值要乘上放大系數，且其剪壓比需控制在零點二之內。柱內部全部的縱向鋼筋配筋率要大于等于1%，箍筋沿著柱全高應用大于等于φ12@100的復合箍，且體積的配箍率均應大于等于1.5%，使得柱有一定延性，使強剪弱彎得以實現。

5.2 剪力墻的設計

要盡量多的使剪力墻落在地上，必要的時候甚至可以在底部部分增加部分的剪力墻。除了核心部分的剪力墻必須在底部設置之外，側面的剪力墻要盡可能的落地，加大底部的剛度。落地的剪力墻其底部的彎矩乘上1.25的放大系數，增加剪力墻配筋率，還有墻體水平與豎向的分布筋除了滿足計算的要求之外，同時還要滿足0.3%配筋率限值。經過上述的構造處理，保證剪力墻塑性鉸在轉換層以上出現。

5.3 框支梁設計

框支梁的受力很大而且其受力情況的復雜，其不僅作為上下層的荷載傳輸樞紐，還是確保剪力墻的抗震性能非常關鍵的部位，抗震等級為二級，框支梁的配筋率應大于等于0.40%。框支梁通常是偏心受拉的構件，在梁中一般有軸力的存在，所以要配置有足夠數目腰筋。通常腰筋運用直徑為φ16的鋼筋，且沿梁高的間距小于等于200mm，而且要可靠的錨入支座內部。

5.4 轉換層樓板設計

框支剪力墻建筑構造是轉換層做為分界，其上下兩部應力分布的規律是不一樣的。上部的樓層，其外荷載造成的水平力在大體上可按照各片的剪力墻等效剛度的比例分配；然而在下部的樓層，因為框支柱和落地的剪力墻之間剛度的差異，其水平剪力是主要的集中于剪力墻上面，就是在轉換層的位置荷載的分配發生突變。此外，為幫助轉換層的樓板實現剪力的重分配，使轉換層的上層樓板適當的加強，則取其厚度為150mm。

6 結束語

目前的帶轉換層建筑發展迅速，項目如何轉換，以及是否得到合理經濟的轉換是個非常關鍵的問題。專家們需要和項目工程的策劃人員進行足夠的交流，且精心的構思，并考慮到技術、經濟、生態等多個類型的影響，來找尋最佳的設計方案。在工程項目建造的進程當中，一定要將技術和經濟進行有機的結合，經過技術對比，效果評價與經濟分析，正確的將技術先進以及經濟合理這兩者間的聯系給與處置，從而達成建筑設計目標。

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