框支—剪力墻在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用體會

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摘要：文章首先對框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行了概括性介紹，并在此基礎(chǔ)上對框支-剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Ω邔咏ㄖY(jié)構(gòu)抗震性能的提升有所幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑；框支-剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系概述

框支-剪力墻是目前高層建筑中較為常用的一種結(jié)構(gòu)體系，具體是指建筑結(jié)構(gòu)中某個部分的剪力墻因為構(gòu)造要求無法落地，而是直接落在下層的框架梁上，并由該框架梁將荷載傳遞到框架柱上的結(jié)構(gòu)形式。采用框支-剪力墻的高層建筑，其上、中、下不同部分的樓層，可布設(shè)為各不相同的開間，這樣可以滿足不同使用功能的要求。這種結(jié)構(gòu)形式與有利于受力的結(jié)構(gòu)兩者之間有一定的矛盾沖突，故此，在結(jié)構(gòu)布置發(fā)生變化的樓層當中電算不過，需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層，以此來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)類型及軸線的轉(zhuǎn)換。

工程實踐表明，框支-剪力墻在轉(zhuǎn)換層附近會出現(xiàn)較大的剛度突變，由此會對結(jié)構(gòu)抗震造成一定程度的影響。根據(jù)受力方案的不同，可將其發(fā)展分為以下兩個階段：柔性底層大空間是框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的第一階段；非柔性底層大空間階段是框支-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的第二階段，該階段是目前高層建筑所采用的主要受力方案。在第一階段中，框支-剪力墻是在高層建筑底部一層或是幾層將上部的剪力墻通過框支梁轉(zhuǎn)換成為框支柱，因結(jié)構(gòu)上部剪力墻自身的剛度較大，而下部框支柱的剛度較小，在地震荷載的作用下，上部剪力墻便會處于彈性狀態(tài)，由此會造成底部框架變形。正是因為第一階段的框架剪力墻在抗震性方面較差，業(yè)內(nèi)的專家提出了各種改善其結(jié)構(gòu)性能的方法，為使這種結(jié)構(gòu)體系能夠應(yīng)用于地震區(qū)的高層建筑中，現(xiàn)行的規(guī)范對有抗震設(shè)防要求的這種結(jié)構(gòu)形式的房屋建筑給出了明確的規(guī)定。

2、框支-剪力墻在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 框支柱設(shè)計

在地震荷載的作用下，框支柱與落地剪力墻是帶有轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的高層建筑中的抗震薄弱部位，如果設(shè)計不合理，該部位會首先發(fā)生破壞，由此會導(dǎo)致高層建筑的整體穩(wěn)定性下降。故此，加強框支柱及落地剪力墻有助于提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能?？蛑е惺艿牡卣鸺袅藴手党龖?yīng)當按照規(guī)定要求適當放大之外，還應(yīng)滿足如下要求：

2.1.1 截面尺寸。或+50mm，在非抗震設(shè)計中，≥400mm，≥L/15；在抗震設(shè)計中，≥450mm，≥L/12。同時為了防止形成短柱引起脆性破壞，還應(yīng)當滿足下式： /≥4。以上各式中，代表框支梁的寬度；代表框支柱的截面寬度；L代表框支梁的跨度；代表框支柱的凈高；呆不愛哦框支柱的截面高度。

2.1.2 最小配筋率。一級抗震的配筋率應(yīng)當大于等于1.0%；二級抗震的配筋率應(yīng)當大于等于0.9%；三級地震以及非抗震設(shè)計的配筋率應(yīng)當大于等于0.8%?？蛑е靠v向鋼筋的配筋率盡可能不要超過3%，若是大于這一數(shù)值時，則應(yīng)當采用焊接封閉式箍筋。此外，縱向上鋼筋的間距應(yīng)滿足如下要求：抗震設(shè)計時不得超過200mm，非抗震設(shè)計時不得超過250mm，并且兩種情況的最小間距不得小于80mm。

2.1.3 軸壓比限值。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，在沒有地震組合的條件下，框支柱的軸壓比限值可以取0.9；若是有地震作用組合，則一級抗震的軸壓比應(yīng)當不超過0.6，二級抗震不超過0.7，三級抗震不超過0.8。

2.2 框支梁設(shè)置

相關(guān)試驗結(jié)果顯示，帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑中的框支梁受力情況較為復(fù)雜，其經(jīng)常被作為偏心受拉構(gòu)件，需要承受相對較大的剪力。由于框支梁為偏心受拉構(gòu)件，故此可按照鋼混抗彎構(gòu)件對其截面進行計算，并且混凝土強度等級不宜低于C30。框支梁主筋的構(gòu)造要求如下：

2.2.1應(yīng)當有不少于50%的支座上部主筋為通長鋼筋，位于梁底部的受力鋼筋應(yīng)當全部錨入到框支柱內(nèi)。

2.2.2由于框支梁屬于偏拉構(gòu)件，其主筋的最小配筋率應(yīng)為0.3%，并沿著梁通長設(shè)置，不得存在接頭，若是必須有接頭時，則應(yīng)當采用焊接或是機械連接的接頭，嚴禁使用綁扎接頭。

2.3 框支層樓板設(shè)計

通常情況下，高層建筑上層剪力墻的水平剪力中一部分會經(jīng)由框支層樓板傳遞給落地剪力墻，在這一過程中，樓板需要承受相對較大的水平作用力，為此，在設(shè)計時，要對框支層樓板進行加強。具體的設(shè)計要求如下：

2.3.1 框支層樓板的最小厚度不得低于180mm，若是采用現(xiàn)澆樓板，混凝土的強度等級不得低于C30.

2.3.2 框支層樓板的配筋應(yīng)當采用雙層雙向鋼筋，每一層上的配筋率均不得低于0.25%。

2.3.3 當框支層樓板位于框支墻區(qū)域內(nèi)時，不宜在樓板上進行開洞，以免影響其平面內(nèi)的整體剛度。不在框支墻區(qū)域內(nèi)的框支層樓板的開洞位置應(yīng)當遠離外側(cè)邊，同時，與框支層相鄰的樓板應(yīng)采取有效的加強措施。

2.4 框支-剪力墻設(shè)計措施

由前文分析可知，框支-剪力墻是一種受力比較復(fù)雜且對建筑抗震較為不利的結(jié)構(gòu)形式，為此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用框支-剪力墻時，應(yīng)采取如下措施：

2.4.1 減弱結(jié)構(gòu)上部剛度、增強下部剛度。為進一步增強框支-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保底部轉(zhuǎn)換層上下層之間有一個較為合理的剛度比，應(yīng)當在具體設(shè)計時，加強底部框支層的剛度，并在不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，適當減弱轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度，借此來使轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)與下部的框支層剛度及水平位移特征比較接近。常用的方法有以下幾種：上部剪力墻開洞、增大筒壁的厚度、加大筒體的尺寸、提升混凝土的強度等級。

2.4.2 要適當減少轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。對框支-剪力墻進行豎向布設(shè)的過程中，應(yīng)當盡可能減少水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，并使豎向上主要的受力構(gòu)件上下連續(xù)，如高層建筑中的電梯間、樓梯間周圍的鋼混筒體應(yīng)上下連續(xù)貫通。

2.4.3 確保傳力直接。在布置轉(zhuǎn)換層的轉(zhuǎn)換構(gòu)件時，應(yīng)當盡可能地避免多級、復(fù)雜轉(zhuǎn)換的情況發(fā)生，并使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的傳力直接。同時，盡量不要使用厚板轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，因為這種結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量較大，需要耗費大量的材料，經(jīng)濟性較差，并且傳力也相對比較復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)抗震不利。

2.4.4 分析模型要與實際情況相符。在高層建筑中，如果設(shè)置轉(zhuǎn)換層，則在結(jié)構(gòu)計算分析時，應(yīng)當根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)布置及受力情況，建立計算分析模型。由于轉(zhuǎn)換層是結(jié)構(gòu)的一部分，故此其也應(yīng)當參與整體計算，在具體計算的過程中，應(yīng)當在模擬施工荷載的前提下，對結(jié)構(gòu)進行校核驗算。

2.4.5 轉(zhuǎn)換層優(yōu)化。當高層建筑處于地震區(qū)且采用框支-剪力墻結(jié)構(gòu)時，轉(zhuǎn)換層的布置不宜過高，若是建筑功能有特殊要求，必須在將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在高位時，應(yīng)當選擇以下幾種結(jié)構(gòu)形式：空腹或斜腹桁架、寬扁梁等，與普通的框支梁相比，這些結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換層可以有效減小框支柱定彎矩與剪力，有利于結(jié)構(gòu)受力。

結(jié)論

綜上所述，框支-剪力墻是高層建筑設(shè)計中較為常用的一種結(jié)構(gòu)形式，因該結(jié)構(gòu)的受力比較復(fù)雜，加之抗震性能較差，故此，采用框支-剪力墻時，除了要做好框支柱、框支梁、框支層樓板等主要環(huán)節(jié)的設(shè)計外，還應(yīng)采取有效的設(shè)計措施，以此來確保其滿足抗震要求，從而提高建筑的整體抗震性能。

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