关于带转换层的部分框支剪力墙结构

【关键词】转换层；框支剪力墙 

　　1.工程概况 

　　1.1某高层建筑，由7 栋32 层住宅楼组成。地下室 3 层，为车库及设备用房；首层架空，层高为 6.3m；2 层以上为住宅，层高为3m ；本工程设计使用年限为 50 年，安全等级为二级，建筑物抗震类别丙类；基本风压为 0.70 kN/m2（50年一遇），100 年一遇风压为0.77 kN/m2；地面粗糙度为 B 类；建筑场地为Ⅱ类，地震设防烈度：7度，设计基本地震加速度为0.10g，地基基础设计等级为甲级。为满足建筑的使用功能及立面要求，结构于二层设置了梁板式结构转换层，除电梯和楼梯剪力墙直接落地及适当位置布置剪力墙外，其余剪力墙由转换梁托换，以框支柱支承。 

　　2.结构设计与布置 

　　2.1抗震等级的确定 

　　本工程为7度抗震设防，转换层以上非底部加强部位剪力墙抗震等级按二级，底部加强部位剪力墙抗震等级按一级，转换层以下的框支框架按一级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 （ JGJ3-2010）中第4.3.1条的规定，丙类建筑应符合本地区抗震设防烈度要求。 

　　2.2转换层结构布置 

　　目前结构转换层的做法有：厚板转换层、桁架转换、巨型梁转换等结构转换型式。在工程实践中，以转换梁的形式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程通过比较采用了巨型梁转换层结构形式，它是用大梁将上部剪力墙托住，托梁由框支柱支撑。 

　　3.框支剪力墙结构的概念设计 

　　3.1结构平面布置要规则、对称、建筑平面避免过大的凹槽、内收及楼板大面积开洞以及抗震规范要求不允许出现的不规则平面。因为在地震作用下产生的水平力要靠楼盖均匀地传递到各个竖向构件（剪力墙、柱）上，如果楼板不连续、或者不规则，各个竖向构件就会传力不均，使其平面质量中心与刚度中心不重合，使结构绕刚心发生扭转，导致同层构件同一方向上产生不同位移，严重时导致结构整体破坏，所以在结构设计中，必须对结构平面布置不规则扭转问题提起足够重视。 

　　3.2除核心筒落地外，落地剪力墙的布置宜对称，在满足建筑使用要求的前提下尽可能使结构平面外围的上部剪力墙落地贯通，同时剪力墙的布置尽量使结构刚度中心与结构质心重合，增大结构的抗扭刚度，减小扭转产生的位移。 

　　3.3控制转换层上下楼层刚度比、及转换层下部与上部的等效刚度。加强框支层刚度，要求转换层及上、下楼层刚度基本均匀，使转换层上、下结构整体抗侧移刚度接近；当下部刚度不够足时，可以适当加大底部剪力墙的混凝土强度等级、厚度、增设剪力墙等。 

　　3.4《高规》附录E规定当底部只有1至2层框支层时，要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.4，抗震设计时不应小于0.5；当底部框支层在三层及以上时，要求计算的转换层下部与上部等效剪切刚度比非抗震时不应小于0.5，抗震设计时不应小于0.8。但是笔者认为设计人员不能以规范的最低要求控制，转换层下部与上部等效刚度比如果接近1最好。 

　　3.5加强转换层下部楼层，避免在转换层以下出现薄弱层，增大落地剪力墙抗剪抗弯能力，同时控制框支柱的轴压比，框支柱采用复合箍全高加密形式，来增强框支柱的延性变形能力。转换层以下结构混凝土强度等级不能太高，否则混凝土构件塑性能力差，抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及当地混凝土强度等级受限的前提下，可以采用芯柱或者加型钢的办法来提高轴压比及延性性能的要求。 

　　3.6转换层上部宜少采用短肢剪力墙，尽量布置普通剪力墙，因为短肢剪力墙的抗震等级要比普通剪力墙抗震等级高、抗震措施要求比普通剪力墙要求更严格，短肢剪力墙抗侧能力也不及普通剪力墙，不利于优化设计。 

　　3.7尽量不要采取高位转换或者更高位转换（转换层层数超过规范要求的层数时），转换层以下层数越多抗震性能越不好，因为高位转换时刚度和质量都较大，转换层随之升高，相当于结构重心上移、刚心上移，不利于抗震优化设计。 

　　3.8由于转换层质量大、刚度突变，除转换层本层楼盖加强外，设计上宜加强转换层上、下楼层的楼盖刚度。 

　　4.一些常见问题的解决方法 

　　4.1对剪压比超限的连梁处理 

　　剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度，以减少连梁吸收的地震力，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。对于减少连梁的高度仍然超筋连梁的设计，应按《高规》该连梁截面能承受的最大剪力计算连梁抗剪箍筋，再根据该剪力值计算出连梁端部弯矩（为简化起见，假设反弯点在中点），并作适当折减，然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而在设计时，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力，抗剪能力是有富余的，此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。 

　　4.2转换层上部剪力墙超筋的处理 

　　框支剪力墙结构由于转换层上下构件不连续、刚度突变以及转换梁竖向变形等因素，设计者在计算过程中往往会出现转换层上部一层或者两层剪力墙出现超筋现象。 

　　（1）当出现剪力墙边缘构件超筋警告时，设计者应根据具体情况调整剪力墙截面、改变结构布置或者手工复核配筋率是否超出规范的控制要求。 

　　（2）当剪力墙水平筋超筋时，这种情况多数是结构布置不合理，必须调整剪力墙结构布置。 

　　4.3剪力墙平面外刚度及承载力都相对很小，如何确定不同板厚、不同墙厚及不同跨度情况下使得剪力墙出现平面弯矩最小且满足相应墙厚的平面承载力要求，达到经济、安全最优化结果，是一个值得探讨的问题。 

　　按偏心受压构件正截面配筋来确定剪力墙的平面承载力，配筋设计偏于安全，但配筋量有点偏大，当高宽比不同时，其折减系数取多少也是需要继续研究的问题。 

　　5.框支剪力墙的适用范围 

　　当底层需要大空间时，采用框架结构支撑上部剪力墙，就形成框支剪力墙。剪力墙一般可以分为平面的剪力墙以及筒体剪力墙。前者通常应用于钢筋混凝土的框架结构，还有升板结构中。为了能够提高结构刚度和强度，提高在地震中的抗震性，在一些部分也可以采用现浇或预制装配钢筋混凝土剪力墙。这种现浇的剪力墙模式是通过与周围梁柱一起浇筑的，具有良好的整体性。而筒体型往往见于高层建筑、高耸结构以及悬吊的体系中，一般电梯间、楼梯间、辅助用房等用隔墙围成，这些筒壁都是现浇钢筋混凝土结构，它的强度刚度较大，能够承载更高的水平荷载。 

　　6.结语 

　　我们应注意框支剪力墙结构是一种抗震不利形式，其结构抗震性能较差，造价高，应尽量避免使用。但它能满足现代建筑不同功能组合的需要，结构设计又不可避免此种结构形式，对此采取积极措施改善其抗震性能，尽可能减少材料消耗。 

　　参考文献 

　　[1]方晓云.带转换层的高层建筑结构塑性层的合理位置[J].科技创新导报，2008.19. 

　　[2]李丽.框支剪力墙结构的设计[J].陕西建筑，2005.7.