對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻問題的探討

胡 亮，郝 杰

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻問題的探討

胡 亮，郝 杰

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

文章通過對(duì)某轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分別采用一般剪力墻和短肢剪力墻兩種不同方案進(jìn)行彈性階段對(duì)比分析，得出將短肢剪力墻應(yīng)用到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，并提出一些設(shè)計(jì)建議。

轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)；短肢剪力墻；抗震性能

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)生活水平的提高，業(yè)主對(duì)房屋建筑使用功能和房間組合等方面的要求越來(lái)越高。為了滿足不露梁、不露柱和房間布置靈活等建筑使用和美學(xué)方面的要求，一些結(jié)構(gòu)工程師會(huì)在高層住宅結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用短肢剪力墻。這種格局的高層住宅各單元的通風(fēng)、采光良好，平面緊湊，因而受到業(yè)主的普遍青睞。在實(shí)際使用中，有時(shí)需要將底部一層或數(shù)層用于大空間公共用房。由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，必然需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層，從而形成框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系。最常見的情況是，將中部豎向交通區(qū)設(shè)置為基本完整的落地核心筒，而在外圍的底部采用大柱網(wǎng)框架，上部則采用分散布置的“L”型、“T”型或“一”字型的短肢剪力墻?？蛑Ф讨袅Y(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與傳統(tǒng)的框支剪力墻結(jié)構(gòu)有明顯的不同。短肢剪力墻布置是否合理、構(gòu)件截面選用是否得當(dāng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體抗震性能和破壞模式都有影響。

1 實(shí)例概況

本工程為某擬建工程，抗震防裂度為7°(0.15 g)，Ⅲ類場(chǎng)地。結(jié)構(gòu)為地下1層，地上主體20層，其中1～2層為商場(chǎng)，首層層高為4.2 m，二層層高為4.5 m，3～20層為住宅，層高均為3 m。方案1采用傳統(tǒng)的框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，住宅部分核心筒的外圍布置一般剪力墻；方案2采用框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，住宅部分核心筒的外圍分散布置短肢剪力墻。兩種方案的平面布置見圖1和圖2。

圖1 方案1平面布置

圖2 方案2平面布置

截面尺寸：框支柱尺寸均為1 000×1 000 mm，框架主梁采用300×600 mm或300×400 mm，次梁采用2 500×500 mm，轉(zhuǎn)換梁采用600×1 600 mm；框支層核心筒墻厚均為400 mm，框支層以上兩層剪力墻厚均為250 mm，其余各層墻厚均為200 mm；住宅部分框架梁高度為600 mm或400 mm，連梁高度均為500 mm，寬度均同墻厚。

材料選用：框支層采用C45；框支以上兩層采用C40；5～12層采用C35；其余各層均為C30。

文章采用中國(guó)建筑科學(xué)院研發(fā)的PKPM軟件中的SATWE模塊進(jìn)行分析。

2 結(jié)構(gòu)質(zhì)量

表1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量 /t

由表1可知，兩種方案結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比較接近。

3 結(jié)構(gòu)自振周期

兩個(gè)方案第1周期均為X向平動(dòng)周期；第2周期均為Y向平動(dòng)周期；第3周期均為扭轉(zhuǎn)周期；計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)前6個(gè)周期見表2。

表2 結(jié)構(gòu)自振周期 /s

由表2可知，兩種方案的周期較為接近，但是方案2的周期普遍比方案1大。為控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，我國(guó)規(guī)范提出結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期與平動(dòng)為主的第1自振周期的比值不大于0.85～0.9的限值要求。方案1的周期比為0.796，方案2的周期比為0.833。可以看出，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量比較接近的條件下，框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)要比傳統(tǒng)框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系大。這是由于短肢剪力墻方案，剪力墻分布較為分散，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)外圍剛度分布也比傳統(tǒng)剪力墻分散，結(jié)構(gòu)外圍剛度與中心剛度的比值較傳統(tǒng)剪力墻要小。

4 結(jié)構(gòu)剛度

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)薄弱層有明確要求，薄弱層的地震剪力應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)。對(duì)于薄弱層的判斷，以豎向?qū)觿偠缺纫约俺休d力比作為判斷依據(jù)：該層的側(cè)向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰3個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%；抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一層的80%。文章兩種方案的層剛度對(duì)比見表3。

表3 結(jié)構(gòu)層剛度(E+07 kN/m)

由表3可知，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量比較接近的條件下，方案2的上部結(jié)構(gòu)的層剛度比方案1小。說明在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻可以減小上部結(jié)構(gòu)的層剛度，從而減小轉(zhuǎn)換層與上一層側(cè)向剛度比。該比值是影響轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素之一，將短肢剪力墻應(yīng)用到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，減小該比值，對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)抗震是有利的。

5 結(jié)構(gòu)彈性位移

方案1在地震作用下X方向的最大位移為41.1 mm，Y方向最大位移為38.0 mm；方案2在地震作用下X方向的最大位移為40.4 mm，Y方向最大位移為36.5 mm。這兩種方案的最大位移接近，其彈性位移角見表4。

由表4可知，兩種方案的X向最大層間位移角分別為1/1 108和1/1 127，均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)第10層；兩種方案的Y向最大層間位移角分別為1/1 231和1/1 272，均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的第11層。兩種方案中各樓層X向和Y向的層間位移角均比較接近，從總體而言，方案2與方案1對(duì)比，方案2層間位移角稍小。

6 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)

《高規(guī)》10.2.5條規(guī)定，轉(zhuǎn)換層在3層及3層以上時(shí)，框支柱及落地剪力墻的底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)應(yīng)比表4.8.2和表4.8.3提高一級(jí)，已為特一級(jí)不再提高，非底部加強(qiáng)部分剪力墻及非落地剪力墻不必放大。

《高規(guī)》7.1.2-3條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比表4.8.2規(guī)定的剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)。

對(duì)于文章中的兩種方案，框支、框架的抗震等級(jí)均不必提高，即均為二級(jí)；對(duì)于落地剪力墻，底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)為二級(jí)，非底部加強(qiáng)部位為三級(jí)。對(duì)于是非落地剪力墻，兩種方案的抗震等級(jí)略有不同，方案1的底部加強(qiáng)部位為二級(jí)，非底部加強(qiáng)部位為三級(jí)；方案2應(yīng)在方案1的基礎(chǔ)上提高一級(jí)。方案2隨著抗震等級(jí)的提高，短肢剪力墻墻肢的軸壓比限值也減小。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需通過加厚墻肢等方式控制短肢剪力墻墻肢的軸壓比。

7 設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)和建議

（1）雖然短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系比一般剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)移剛度要弱，但是，將其應(yīng)用到轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，不僅可以減小轉(zhuǎn)換層與其上樓層的側(cè)移剛度比，還可以減小轉(zhuǎn)換層附近的剛度突變和剪力分布突變，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利；而且，在結(jié)構(gòu)質(zhì)量基本不變的情況下，結(jié)構(gòu)整體剛度減小，自振周期增大，所承受的地震作用減小，結(jié)構(gòu)的彈性層間位移較不一定因?yàn)槠錁菍涌箓?cè)移剛度的減小而增大，甚至可能減小。

（2）對(duì)于帶核心筒的框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，由于短肢剪力墻分布較為分散，其外圍剛度較一般剪力墻弱，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效比一般剪力墻布置方案可能明顯，設(shè)計(jì)師應(yīng)注意控制結(jié)構(gòu)平動(dòng)第1周期與扭轉(zhuǎn)第1周期之比。

（3）在框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意，短肢剪力墻的抗震等級(jí)應(yīng)比《高規(guī)》表4.8.2的規(guī)定提高一級(jí)。所以，短肢剪力墻墻肢的軸壓比限值也有所降低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意控制短肢剪力墻，尤其是框支層以上兩層短肢剪力墻墻肢的軸壓比。

[1]方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004，347-360.

[2]李國(guó)勝.多高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與實(shí)例.[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010.

[3]趙兵.如何采用SATWE軟件對(duì)帶短肢剪力墻的框支結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析.[J].建筑科學(xué).2003（5）.51-53.

[4]楊瑪莎，李紹祥，陳在謀.短肢剪力墻在框支結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用.[J].工程抗震與加固改造.2005（2）.21-22，45.

[5]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ3-2002.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2002.

The Discussion of Appling Short Shear Wall In Transfer Structure

Hu Liang，Hao Jie

According to compare with two different transformation structure models in which one adopt general shear wall style and the other adopt short-shear walls by elastic phase contrast analysis in the article,the affection of short-shear walls applied to the transformation structure in anti-seismic performance is got and some design suggestions are put forward.

transfer structure，short shear wall，seismic behavior

TU74

A

1000-8136(2011)05-0017-03

胡亮，男，1985年，太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院碩士研究生。