房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

【摘要】本文首先分析了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，然后分析了梁式轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后分析了房屋建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，希望對(duì)該領(lǐng)域的研究具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑，帶轉(zhuǎn)換層，框支剪力墻，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、前言

加強(qiáng)對(duì)房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以不斷的提高房屋建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，保證建筑的安全性，這對(duì)于提高我國(guó)房屋建筑水平具有十分重要的作用。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置

1、轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)布置

目前結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的做法有：厚板轉(zhuǎn)換層、桁架轉(zhuǎn)換、巨型梁轉(zhuǎn)換等結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換型式。在工程實(shí)踐中，以轉(zhuǎn)換梁的形式最常見，它設(shè)計(jì)和施工簡(jiǎn)單，受力明確，廣泛應(yīng)用于底層大空間剪力墻結(jié)構(gòu)中，本工程通過比較采用了巨型梁轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式，它是用大梁將上部剪力墻托住，托梁由框支柱支撐。

2、框支剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)平面布置要規(guī)則、對(duì)稱、建筑平面避免過大的凹槽、內(nèi)收及樓板大面積開洞以及抗震規(guī)范要求不允許出現(xiàn)的不規(guī)則平面。因?yàn)樵诘卣鹱饔孟庐a(chǎn)生的水平力要靠樓蓋均勻地傳遞到各個(gè)豎向構(gòu)件（剪力墻、柱）上，如果樓板不連續(xù)、或者不規(guī)則，各個(gè)豎向構(gòu)件就會(huì)傳力不均，使其平面質(zhì)量中心與剛度中心不重合，使結(jié)構(gòu)繞剛心發(fā)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致同層構(gòu)件同一方向上產(chǎn)生不同位移，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須對(duì)結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則扭轉(zhuǎn)問題提起足夠重視。

（二）除核心筒落地外，落地剪力墻的布置宜對(duì)稱，在滿足建筑使用要求的前提下盡可能使結(jié)構(gòu)平面外圍的上部剪力墻落地貫通，同時(shí)剪力墻的布置盡量使結(jié)構(gòu)剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì)心重合，增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，減小扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移。

（三）控制轉(zhuǎn)換層上下樓層剛度比、及轉(zhuǎn)換層下部與上部的等效剛度。加強(qiáng)框支層剛度，要求轉(zhuǎn)換層及上、下樓層剛度基本均勻，使轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)移剛度接近；當(dāng)下部剛度不夠足時(shí)，可以適當(dāng)加大底部剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)、厚度、增設(shè)剪力墻等。

（四）《高規(guī)》附錄E規(guī)定當(dāng)?shù)撞恐挥?至2層框支層時(shí)，要求計(jì)算的轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時(shí)不應(yīng)小于0.4，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5；當(dāng)?shù)撞靠蛑釉谌龑蛹耙陨蠒r(shí)，要求計(jì)算的轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時(shí)不應(yīng)小于0.5，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.8。但是筆者認(rèn)為設(shè)計(jì)人員不能以規(guī)范的最低要求控制，轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剛度比如果接近1最好。

（五）加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層下部樓層，避免在轉(zhuǎn)換層以下出現(xiàn)薄弱層，增大落地剪力墻抗剪抗彎能力，同時(shí)控制框支柱的軸壓比，框支柱采用復(fù)合箍全高加密形式，來增強(qiáng)框支柱的延性變形能力。轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不能太高，否則混凝土構(gòu)件塑性能力差，抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及當(dāng)?shù)鼗炷翉?qiáng)度等級(jí)受限的前提下，可以采用芯柱或者加型鋼的辦法來提高軸壓比及延性性能的要求。

（六）轉(zhuǎn)換層上部宜少采用短肢剪力墻，盡量布置普通剪力墻，因?yàn)槎讨袅Φ目拐鸬燃?jí)要比普通剪力墻抗震等級(jí)高、抗震措施要求比普通剪力墻要求更嚴(yán)格，短肢剪力墻抗側(cè)能力也不及普通剪力墻，不利于優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（七）盡量不要采取高位轉(zhuǎn)換或者更高位轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換層層數(shù)超過規(guī)范要求的層數(shù)時(shí)），轉(zhuǎn)換層以下層數(shù)越多抗震性能越不好，因?yàn)楦呶晦D(zhuǎn)換時(shí)剛度和質(zhì)量都較大，轉(zhuǎn)換層隨之升高，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)重心上移、剛心上移，不利于抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（八）由于轉(zhuǎn)換層質(zhì)量大、剛度突變，除轉(zhuǎn)換層本層樓蓋加強(qiáng)外，設(shè)計(jì)上宜加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上、下樓層的樓蓋剛度。

三、剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的優(yōu)化

在設(shè)計(jì)剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求綜合考察結(jié)構(gòu)是否合理，如剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度不宜過大，在滿足樓層最大層間位移與層高之比滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，以規(guī)范規(guī)定的樓層最小剪力系數(shù)為目標(biāo)，使計(jì)算結(jié)果無限接近規(guī)范值。

1、樓層最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則

在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩不超過40%的前提下，盡可能減少剪力墻的布置，以大開間剪力墻布置方案為目標(biāo)，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近（不小于）規(guī)范限值。這樣能夠減輕結(jié)構(gòu)自重，有效減小地震作用的輸入，同時(shí)降低工程造價(jià)。

2、樓層最大層間最大位移與層高之比的調(diào)整原則

規(guī)范規(guī)定在計(jì)算多地震作用的樓層最大層間位移時(shí)，以樓間彎曲變形為主，計(jì)入扭轉(zhuǎn)變形，可不扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形。因此，對(duì)于高層建筑應(yīng)盡可能扭轉(zhuǎn)變形最小，但又不能僅根據(jù)這些層間位移不夠不加分析地增加豎向構(gòu)件的剛度。

在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，有些設(shè)計(jì)人員一看到某一方向?qū)娱g位移不能滿足規(guī)范要求，就不斷地增加該項(xiàng)的側(cè)向剛度。此舉雖然可以解決問題，但應(yīng)該注意此時(shí)結(jié)構(gòu)的剪重比：若與規(guī)范限制接近則可行；若剪重比已經(jīng)較大，則不應(yīng)一味地增加，也要學(xué)會(huì)減小對(duì)應(yīng)一側(cè)的結(jié)構(gòu)剛度，使其剪重比減小。地震作用減小，同樣可以達(dá)到較好的效果。

3、連梁超限的調(diào)整原則

《高規(guī)》規(guī)定剪力墻長(zhǎng)度不宜大于8m，當(dāng)大于8m時(shí)，宜采用弱連梁將其分開。同時(shí)還規(guī)定跨高比不小于5的連梁宜按框架梁進(jìn)行設(shè)計(jì)；有地震作用組合時(shí)，對(duì)于高跨比大于2.5及小于2.5兩種情況，在截面受剪承載力及配筋方面有不同規(guī)定。為此應(yīng)將連梁進(jìn)行塑性調(diào)幅，以降低剪力設(shè)計(jì)值。塑性調(diào)幅可采用兩種方法：

（一）在內(nèi)力計(jì)算前將連梁剛度進(jìn)行折減；

（二）在內(nèi)力計(jì)算之后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。無論采用何種方法，連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計(jì)值不應(yīng)低于使用狀況的值，也不宜低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計(jì)值，以避免在正常使用條件下或較小的地震作用下連梁出現(xiàn)裂縫。

四、轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

1、要保證大空間層有充分的剛度，防止沿豎向剛度變化過于懸殊。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要控制轉(zhuǎn)換層上下層剛度變化率，使之盡量接近1，不大于2。為此可以采取控制落地剪力墻的比例，加大落地墻的厚度，提高砼的強(qiáng)度等級(jí)，減小洞口尺寸，使縱橫連接形成筒體，還可以增設(shè)補(bǔ)償剪力墻，來增加空間層的剛度。

2、復(fù)雜受力構(gòu)件，進(jìn)行空間分析整體計(jì)算后，一定要截取框支梁上下兩層作為計(jì)算單元，進(jìn)行有限元分析計(jì)算。框支梁的截面尺寸由剪力控制，截面高度可取跨度的1/5～1/7，必要時(shí)加腋梁。在構(gòu)造上要采取措施，提高框支梁和上部墻體整體受力性能，放大框支柱柱頭并直通框支梁的頂部，解決框支梁的剪力傳遞。

3、轉(zhuǎn)換層位置較高的高層建筑不利于抗震，轉(zhuǎn)換層位置設(shè)定要符合抗震設(shè)防烈度要求。為保證結(jié)構(gòu)的安全，和地震作用下落地剪力墻和框支柱不先于轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服狀態(tài)，要使大空間層的安全系數(shù)大于上部。要嚴(yán)格控制框支柱的軸壓比和柱端抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)資料表明，轉(zhuǎn)換層樓板有變形，大空間部分框支柱的位移增大，從而使框支柱的剪力比計(jì)算值大了很多。因此底部大空間樓層框支柱的內(nèi)力不能直接采用樓板剛度無限大的假定計(jì)算結(jié)果，抗震時(shí)框支柱的軸壓比控制在0.6以下，箍筋采用復(fù)合箍，間距不大于100mm，以增大柱子的延性。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，房屋建筑結(jié)構(gòu)中加強(qiáng)對(duì)帶轉(zhuǎn)換層框支剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析，從而找到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和安全性，這對(duì)于提升建筑質(zhì)量來說意義重大。

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