淺談高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

韋秋菊

摘要：現(xiàn)代社會的進步，各個類型的建設(shè)事業(yè)均得到了長足的發(fā)展。其中建筑行業(yè)在我國房地產(chǎn)的蓬勃發(fā)展中得到了較大的提升?，F(xiàn)代城市的土地資源十分緊張，高層建筑成為了較為常見的建筑形式，另外人們對于建筑物的各項要求越來越高，包括外形美觀、功能全面、節(jié)能環(huán)保、設(shè)計合理、質(zhì)量過硬等，因此在進行現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是需要考慮到各個方面的因素。高層建筑中高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻的結(jié)構(gòu)直接影響到建筑物的強度、受力結(jié)構(gòu)、抗震性能等，在設(shè)計過程中需要進行全面的分析及準(zhǔn)確的計算。本文結(jié)合某工程簡單分析了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計和布置，如結(jié)構(gòu)模型、結(jié)構(gòu)選型及布置；結(jié)構(gòu)的分析與計算；強化抗震性能的措施等，為進行高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的人員提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：高位轉(zhuǎn)換；框支剪力墻；結(jié)構(gòu)布置；設(shè)計；選型；計算分析

前言

我國社會經(jīng)濟水平不斷提升，人們的觀念也在更新，且由于城市發(fā)展的深入，人口大量涌入城市，土地資源已經(jīng)成為了稀缺資源。建筑行業(yè)在該社會形勢下得到了長足的發(fā)展，隨之而來的是商業(yè)建筑在空間方面有了更高的要求，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮到更多的因素。其中框支剪力墻結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足下部商業(yè)用房的要求，也能夠達到上部住宅的功能?？蛑Ъ袅Φ慕Y(jié)構(gòu)較為特殊，其中一部分具有抗側(cè)力作用的構(gòu)件的內(nèi)力會通過水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件形成向下的傳遞模式，轉(zhuǎn)換層周圍的剛度及內(nèi)力會出現(xiàn)變化，構(gòu)成薄弱層。如果轉(zhuǎn)換層位置較高，處于轉(zhuǎn)換層下部位置的落地剪力墻、框支結(jié)構(gòu)等容易出現(xiàn)開裂問題，而轉(zhuǎn)換層上部的墻體則較為脆弱，容易受到破壞[1]。因此，對于該類框支剪力墻結(jié)構(gòu)進行研究是十分有必要的。

1.工程基本情況

某地區(qū)一建筑工程，地面以上為25層，地面以下2層。其總體結(jié)構(gòu)的總高度為80m，該建筑的主要構(gòu)成部分包括2座塔樓，二者之間由抗震縫分開，估算出總體建筑面積約為4.2萬m2。該建筑的功能要求較高，需要其建筑地面以上3層作為鋪面等，實現(xiàn)商業(yè)價值，而三層以上22層則需要作為住宅用，實現(xiàn)民用價值。從綜合價值及各個方面的考慮，達到抗側(cè)力的要求，最后選擇了框支剪力墻結(jié)構(gòu)形式。在3層頂面利用梁式轉(zhuǎn)換層，將非落地剪力墻的內(nèi)力進行合理的傳遞。由于該地區(qū)地理位置特殊，其抗震設(shè)防烈度為7度第1組；擬建場地為II類場地。該建筑結(jié)構(gòu)中的框支柱的抗震等級為特一級，框支框架的抗震等級為一級，底部加強區(qū)的剪力墻抗震等級為一級，非底部加強區(qū)的剪力墻的抗震等級為二級。

2.確認(rèn)結(jié)構(gòu)模型

在該工程中，其地下室頂板的厚度選擇為20cm，并利用雙層雙向配筋的方式，進行修筑，保障每一層各個方向的配筋率超過0.25%。地下室的整體剛度相較與其相鄰的上部樓層，其剛度較大，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，已經(jīng)達到了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。但是由于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且其承上啟下的綜合性，十分重要，根據(jù)全面分析擬建場地前期進行勘探得到的各項數(shù)據(jù)資料后，得知回填土無法對地下室起到良好的約束作用，應(yīng)把嵌固位置向下移動，同時考慮地下室及上部結(jié)構(gòu)的整體作用。根據(jù)相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求中的內(nèi)容，應(yīng)同時強化地下一層抗震墻的性能，以強化抗震效果。在確定本工程的結(jié)構(gòu)模型，計算受力情況時，把地下1層視為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。一般情況下，如果抗震縫不超過《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定時，則會設(shè)置樓板將其連接起來，因此抗震縫側(cè)面的梁板柱需要通過提高配筋率、配箍率等方式進行強化。在本工程中，2棟塔樓之間均有抗震逢將其分開，需要分別分析計算2個單塔模型，并進行全面的比較[2]。

3.結(jié)構(gòu)選型及布置

由于高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻的機構(gòu)較為復(fù)雜，結(jié)合本工程的實際情況，選擇了梁式轉(zhuǎn)換構(gòu)件，其優(yōu)點在于受力情況明確，應(yīng)力的傳導(dǎo)途徑十分清楚，轉(zhuǎn)換層樓板厚度應(yīng)在25cm，配筋率保持在0.3%左右，保障轉(zhuǎn)換層具有良好的整體性，也能夠使得非落地墻內(nèi)力能夠穩(wěn)定的傳遞。轉(zhuǎn)換層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能會受到各種因素的影響，包括轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度、上下部結(jié)構(gòu)等效剛度比、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)與上層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比等。按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的內(nèi)容，等效側(cè)向剛度及樓層側(cè)向剛度兩種因素對于轉(zhuǎn)換層上下的剛度比有著直接的控制作用。轉(zhuǎn)換層上部與下部等效側(cè)向剛度比應(yīng)盡量靠近1，而轉(zhuǎn)換層的樓層側(cè)向剛度則需要超過相鄰上部樓層側(cè)向剛度的65%。過大或者過小均會出現(xiàn)問題，如果等效側(cè)向剛度比過較大，轉(zhuǎn)換層就會形成薄弱層；而等效側(cè)向剛度比太小，轉(zhuǎn)換層上層的墻體則較為脆弱，容易受到破壞[3]。

該工程中，其下部需要作為商業(yè)空間進行使用?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)中，設(shè)置的落地墻的數(shù)量十分有限，即層高在被限定的條件下，轉(zhuǎn)換層下部的剛度無法無限的提升。如果要達到將轉(zhuǎn)換層上下的等效側(cè)向剛度接近1的目標(biāo)，則需要弱化上部其結(jié)構(gòu)。剛度較大的建筑物振動幅度小，風(fēng)荷載較為有利，而剛度小的建筑物，或者較為較柔的房屋，不會與地震活動形成共振，也不會形成較大的應(yīng)力，因此其抗震性能較為良好。如果位移、整體穩(wěn)定性、樓層最小剪力等各項要求均符合規(guī)范時，結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)適當(dāng)，復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)換層上下的等效側(cè)向剛度是影響其性能的重要因素，也需要注意該剛度問題。因此，本工程在布置上部墻體的過程中，將剪力墻長度設(shè)置為超過墻厚的8倍，處于底部加墻區(qū)位置的剪力墻軸壓比保持在0.5以內(nèi)，各項條件均符合要求時，縮減墻肢數(shù)量，縮短墻肢長度。墻體則布置于框支柱的上方，連梁的跨度需要利用墻體翼緣長度的調(diào)整來保持，不僅能夠保障剛度，且配筋的經(jīng)濟性良好[4]。

4.強化抗震性能的措施

由于該建筑所處的地區(qū)性質(zhì)較為特殊，地震多發(fā)，需要對其的關(guān)鍵部位實施抗震性能的強化措施，具體有以下幾點：①底部加強區(qū)抗震墻抗震等級升高至一級，強化配筋，控制好軸壓比，還需要把約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置范圍想哥哥方向進行延展一層左右；②將框支柱的抗震等級提升至特一級，將軸壓比控制在0. 5以內(nèi)，保障延性性。如果存在少數(shù)框支柱軸壓比較大，且柱距也較大，則需要在其截面中部設(shè)置芯柱，該芯柱則是由截面面積不大于柱截面0. 8%的附加縱向鋼筋組成的，配箍率也需要提升，強化柱的變形性能；③由于框支梁柱節(jié)點處鋼筋密度較大，施工存在一定難度，在設(shè)計過程中應(yīng)選擇直徑較大且強度良好的鋼筋，擴大鋼筋的間距，并控制好混凝土裂縫，保持一定的配筋率；④上部結(jié)構(gòu)中如果存在凹進尺寸較大的部位，需要在其周邊設(shè)置寬扁梁，一般尺寸為40cm左右，并拓寬中部連接處的樓板[5]。

5.總結(jié)

由于高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻的結(jié)構(gòu)十分特殊，其在高層建筑度功能上能夠同時滿足結(jié)構(gòu)下部的商業(yè)功能及結(jié)構(gòu)層上部的住宅需求，是建筑物中間的關(guān)鍵部分，其受力情況也十分復(fù)雜。因此在進行高位轉(zhuǎn)換的框支剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先需要作好概念設(shè)計工作，并在結(jié)構(gòu)體系上進行全面的分析，并反復(fù)論證，合理布置上部墻體的構(gòu)件，并不斷調(diào)整，使得抗側(cè)移剛度更加符合要求。另外還需要對轉(zhuǎn)換構(gòu)件局部的應(yīng)力進行全面的分析，以此為依據(jù)校核配筋，及時調(diào)整，在功能達到要求的基礎(chǔ)上，盡量保障結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，提高結(jié)構(gòu)的強度及可靠性，提升建筑物的使用壽命及價值。

參考文獻：

[1]趙杰，趙將勇.對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2011（03）：111-112.

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[3]鄭碩鋒.超高層高位轉(zhuǎn)換框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J].山西建筑.2010（21）：75.

[4]榮維生，諸火生，孫秀菊.某高層建筑框架—剪力墻結(jié)構(gòu)框架部分地震剪力的分析[J].建筑科學(xué).2013（01）：6-10.

[5]劉建新，王紅囡，李培，朱美春.異型布置剪力墻結(jié)構(gòu)體系理論分析及試驗研究[J].工程抗震與加固改造.2013（05）：24-29.