高層建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

周慧潔

摘 要：本文主要針對高層建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻設(shè)計展開了探討，通過結(jié)合具體的工程實例，對整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個要點作了簡要介紹，并系統(tǒng)闡述了框支結(jié)構(gòu)設(shè)計要點和轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計要求，以期能為有關(guān)方面的需要提供有益的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：高層建筑；轉(zhuǎn)換層；框支剪力墻；設(shè)計

0引言

所謂的轉(zhuǎn)換層，是指建筑物某層的上部與下部平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)類型，并通過該樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)。而剪力墻，是指房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載和豎向荷載的墻體。為了更好的控制轉(zhuǎn)換層剪力墻的施工，就需要做好有關(guān)方面的設(shè)計?；诖耍疚木透邔咏ㄖ袔мD(zhuǎn)換層的框支剪力墻設(shè)計進(jìn)行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

1工程概況

該工程1#樓地下兩層，地上一層為店面，地上二層為架空層，以上均為住宅，總層數(shù)三十層。一層層高為5.25m，二層層高為6.15m，三至三十層層高均為3.1m，建筑物主體總高98.2m。結(jié)構(gòu)選用框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框支層位于三層住宅樓面，建筑抗震設(shè)防類別為丙類建筑，工程的抗震設(shè)防烈程度為7度，抗震設(shè)計基本地震加速度值為0.15g。建筑場地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓值：0.95kN/m2（100年一遇），地面粗糙度類別為C類。結(jié)構(gòu)分析軟件采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATEW》。取1#樓軸線1-28～軸線1-41之間的部分，轉(zhuǎn)換層及標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面如附圖1。

圖1標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面

各種形式轉(zhuǎn)換層的優(yōu)缺點如下

（1）梁式轉(zhuǎn)換層：優(yōu)點-設(shè)計和施工均較為簡單，傳力較為明確；缺點-當(dāng)上下軸線錯位布置時，需增設(shè)較多的轉(zhuǎn)換次梁，空間受力較為復(fù)雜。

（2）箱式轉(zhuǎn)換層：優(yōu)點-轉(zhuǎn)換梁的約束強(qiáng)，剛度大，整體工作效果好，上下部傳力較為均勻，并且建筑功能上還可將其作為“設(shè)備層”；缺點-轉(zhuǎn)換梁梁中開設(shè)備洞較多，施工復(fù)雜，且造價較高。

（3）桁架式轉(zhuǎn)換層：優(yōu)點-框支柱柱頂彎矩和剪力比其他幾種轉(zhuǎn)換型式相對較??；缺點-施工比較麻煩，且對于軸線錯位布置時難度較大。

結(jié)合工程實際建筑布局情況，并考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工難易程度，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，決定采用梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)型式，也可稱為梁式框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個要點

本工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)計遵循下述原則：

（1）協(xié)調(diào)上、下部分結(jié)構(gòu)布置，盡量減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的數(shù)量；

（2）轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)采用梁式結(jié)構(gòu)，盡可能直接承托上部豎向結(jié)構(gòu)，避免或少用主、次轉(zhuǎn)換梁的形式；

（3）上部豎向構(gòu)件盡可能置于轉(zhuǎn)換梁靠近支座處，以利豎向力的傳遞；

3框支結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

3.1抗震等級的確定

本工程轉(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)或剪力墻結(jié)構(gòu)那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級，而應(yīng)該嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié)，有針對性地分別確定結(jié)構(gòu)體系各部位不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級，這是明確各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求的關(guān)鍵。

依據(jù)第4.8.2條抗震設(shè)計時，A級高度丙類建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震等級應(yīng)按表4.8.2確定；第4.8.5條抗震設(shè)計的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，地下一層的抗震等級應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。綜上所述，本工程各部位的抗震等級確定詳見表1。

表1抗震等級表

3.2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)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)顯然有悖于此，因此對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度作了專門規(guī)定。在設(shè)計過程中，應(yīng)把握的原則歸納起來，就是要強(qiáng)化下部，弱化上部?？梢圆捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：

（1）與建筑專業(yè)協(xié)商，除核心筒部分剪力墻在底部必須設(shè)置外，使盡可能多的剪力墻落地。這些無疑都大大增強(qiáng)了底部剛度。

（2）加大底部剪力墻厚度。轉(zhuǎn)換層以下剪力墻中，核心筒外圍部分的厚度取為400mm，核心筒以外部分墻厚度取為450mm。轉(zhuǎn)換層以上標(biāo)準(zhǔn)層墻厚300mm。

（3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

（4）提高底部柱、墻混凝土強(qiáng)度等級，采用C45混凝土。

（5）適當(dāng)減少轉(zhuǎn)換層上部剪力墻數(shù)目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結(jié)構(gòu)洞（結(jié)構(gòu)施工完畢后再用填充墻填實），以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結(jié)構(gòu)自振周期，減小地震作用力。

4轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計要求

4.1框支柱

框支柱截面尺寸主要由軸壓比控制并應(yīng)滿足剪壓比要求。為保證框支柱具有足夠延性，對其軸壓比應(yīng)嚴(yán)格控制。工程框支柱抗震等級為一級，軸壓比不得大于0.6，對部分因截面尺寸較大而形成的“短柱”，不得大于0.55。柱截面延性還與配箍率有密切關(guān)系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于10@100，全長加密，且配箍不得小于1.5%?？蛑е鶠榉浅Ｖ匾臉?gòu)件，為增大安全性，對柱端剪力及柱端彎矩均要乘以相應(yīng)的增大系數(shù)，每層框支柱承受剪力之和應(yīng)取基底剪力的30%。因為程序計算時，一般假定數(shù)板剛度無限大，水平剪力按豎向構(gòu)件的剛度分配。底部剪力墻剛度遠(yuǎn)大于框支柱，使得框支柱剪力非常小。然而考慮到實際工程中樓板的變形以及剪力墻出現(xiàn)裂縫后剛度的下降，框支柱吸收的剪力會增加。因而對框支柱的剪力增大作了單獨規(guī)定。另外，為了加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上下連接，框支柱上部墻體范圍內(nèi)的縱筋應(yīng)伸入上部墻體內(nèi)一層；其余在墻體范圍外的縱筋則水平錨入轉(zhuǎn)換層梁板內(nèi)，滿足錨固要求。

4.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪壓比控制，寬度不小于其上墻厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于計算跨度的1/6。本工程框支梁梁寬最小為800mm?？蛑Я菏芰薮笄沂芰η闆r復(fù)雜，它不但是上下層荷載的傳輸樞紐，也是保證框支剪力墻抗震性能的關(guān)鍵部位，是一個復(fù)雜而重要的受力構(gòu)件，因而在設(shè)計時應(yīng)留有較多的安全儲備，特一級抗震框支梁縱筋配筋率不得小于0.6%。框支梁在滿足計算要求下，配筋率不小于0.8%?？蛑Я阂话銥槠氖芾瓨?gòu)件，其支座上部縱向鋼筋至少應(yīng)有50%沿梁全長貫通；由于梁中有軸力存在，因而應(yīng)配置足夠數(shù)量的腰筋，腰筋采用直徑不小于16的鋼筋（本工程采用直徑20的Ⅲ級鋼），沿梁高間距小于200mm，并且應(yīng)可靠錨入支座內(nèi)?？蛑Я菏芗艉艽?，而且對于這樣的抗震重要部位，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)剪弱彎”原則，在縱筋已有一定富余的情況下，箍筋更應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)配置。

5結(jié)語

如今，隨著我國建筑技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，帶轉(zhuǎn)換層的部分框支剪力墻高層建筑得到了廣泛應(yīng)用。因此，若想做好轉(zhuǎn)換層剪力墻的施工，工作人員就必須要注重設(shè)計工作。綜上所述，本文就高層建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻設(shè)計進(jìn)行了探討，結(jié)合了具體的工程實例對相關(guān)方面作了系統(tǒng)分析闡述，旨在能為類似的施工提供幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]章斌金.框支剪力墻轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計探索[J].工程建設(shè)與設(shè)計.2003（02）.

[2]李路雄.帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實例[J].建筑知識.2010（S2）.