實(shí)例分析高層的剪力墻建筑框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)

溫緯立

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司）

1 引言

在建筑的設(shè)計(jì)當(dāng)中，一般都是把大柱網(wǎng)構(gòu)造的餐廳、購物商場以及娛樂房間多設(shè)置在綜合性的高層建筑其較下層的部分，然而把開間以及柱網(wǎng)較小的公寓、住宅、辦公功能、賓館等多種建筑設(shè)置在較靠上層的位置。為使得這類建筑其使用的功能組要獲得滿足，一般在建筑物的底部應(yīng)用到框支剪力墻的結(jié)構(gòu)，而上部應(yīng)用剪力墻的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在能夠說，該類結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了高層建筑在發(fā)展過程當(dāng)中的一大趨勢。不過，有關(guān)框支剪力墻因?yàn)椴糠值募袅]有落在地面，柱、墻截面會有突變現(xiàn)象，從而使得傳力路線的曲折與應(yīng)力集中，容易造成薄弱層的形成。對抗震是非常不利的。這種情況對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又提出了新問題，要求設(shè)置一類叫做“轉(zhuǎn)換層”的構(gòu)造形式，從而來完成對上下不一樣柱網(wǎng)、不一樣開間、不一樣構(gòu)造形式的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，簡單來說，其實(shí)就是相鄰兩層結(jié)構(gòu)是不同的，必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層來起到“承上啟下”的作用。因此我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候要結(jié)合著實(shí)際的情況，并選用適當(dāng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的形式，對于薄弱層的部位要在抗震承載力與延性這兩個(gè)方面來采取措施并提升其抗震性能。還要注重地震概念設(shè)計(jì)，使其在整體上成為良好抗震體系。

2 工程結(jié)構(gòu)情況

該工程是在湖南省的某某市，兩層的地下車庫，底部的三層是綜合性的商場，一到五號樓的層數(shù)是32層，屋面的標(biāo)高是99.6m。運(yùn)用的是鋼筋混凝土的剪力墻結(jié)構(gòu)，四五棟樓因?yàn)樯厦娌糠謮w和處在底層的房屋布置有沖突，設(shè)置成部分的框支剪力墻構(gòu)造。

3 結(jié)構(gòu)的選型

該工程的高寬比比較大，其最大的高寬比達(dá)到7.1，已經(jīng)超越高寬比在規(guī)范中的規(guī)定，從而使得上部的墻體較為密集。假如上部墻體是全部落地的狀態(tài)，那么一定會對底層的商業(yè)布置有著非常大的作用，所以部分的剪力墻不能落地，為使上述的要求得到滿足，一定應(yīng)用帶有轉(zhuǎn)換層建筑的結(jié)構(gòu)。

結(jié)合著工程實(shí)際的布局狀況，并且考慮著經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與施工的難易度，在經(jīng)過了技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較之后，決定運(yùn)用梁式的轉(zhuǎn)換層型式。為提升店面底層層高，該轉(zhuǎn)換梁高度要受到一定的限制，其最大的梁高不應(yīng)比1400mm大，普通混凝土梁與柱不能滿足該要求，所以框支柱、框支梁應(yīng)用到型鋼混凝土，該文章以4號建筑做為例子，重點(diǎn)講述了框支剪力墻設(shè)計(jì)的方式。如圖1與圖2。

4 結(jié)構(gòu)分析主要的結(jié)果匯總與分析比較

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算的模型與程序

依照規(guī)范規(guī)定，對于體型較為復(fù)雜且結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜，還有B級高度的高層建筑至少需應(yīng)用兩個(gè)不一樣的力學(xué)模型結(jié)構(gòu)的分析軟件實(shí)行整體的計(jì)算，該工程結(jié)構(gòu)的整體分析應(yīng)用的軟件為以下兩個(gè)：其一，PKPM-SATWE系列；其二，PKPM-PMSAP系列；

4.2 主要的計(jì)算結(jié)果以及比較和分析

4.2.1 程序運(yùn)用注意事項(xiàng)

圖1 轉(zhuǎn)換層的平面圖

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層的平面圖

（1）在程序前處輸入的“結(jié)構(gòu)體系”當(dāng)中選擇“復(fù)雜高層”的體系，其就是指明是底部帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑，而且將轉(zhuǎn)換梁的所在樓層定義為“轉(zhuǎn)換層”。

（2）程序在平面輸入的時(shí)候要注意部分人工指定的框支梁、框支柱。在進(jìn)行平面輸入的時(shí)候要正確的指認(rèn)轉(zhuǎn)換構(gòu)件，保證程序在計(jì)算的時(shí)候可以按照相應(yīng)的規(guī)范要求，對于轉(zhuǎn)換構(gòu)件于水平地震的作用下，計(jì)算內(nèi)力應(yīng)放大，以及對于框支柱水平地震的剪力需要調(diào)整等。

（3）定義該轉(zhuǎn)換層與其上下的各層樓板是“彈性膜”。因?yàn)橥袎α旱纳喜考袅暗淖饔茫瑫斐上虏康耐袎α河休S向拉力的產(chǎn)生，假如樓板是剛性樓板的假定，則梁軸力將會被忽略掉。

（4）規(guī)范規(guī)定帶有轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)，在每層的框支柱數(shù)目比10根多或者少的時(shí)候，框支柱所承受地震的剪力要相應(yīng)的調(diào)整。所以程序前的處理應(yīng)該對框支柱實(shí)行0.2Q的調(diào)整。

4.2.2 結(jié)構(gòu)分析主要的結(jié)果

（1）四號樓結(jié)構(gòu)在經(jīng)過分析SATWE與PMSAP的反應(yīng)譜計(jì)算之后，得到結(jié)果是基本吻合的情況，其指標(biāo)基本上滿足了規(guī)范的要求。其周期比為Tt/T1=0.841；其樓層的最小剪重比為0.87%；其最大的層間位移角為1／2480；這些都滿足了規(guī)范的要求，如表1。

表1 計(jì)算周期與實(shí)驗(yàn)周期對比

（2）轉(zhuǎn)換層的上下樓層進(jìn)行結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度比計(jì)量。設(shè)計(jì)之中控制的轉(zhuǎn)換層其上下結(jié)構(gòu)側(cè)向的剛度比應(yīng)接近于1，且小于等于2。依照規(guī)范的計(jì)算方法算出轉(zhuǎn)換層的上下結(jié)構(gòu)其等效剪切的剛度比是x=0.69與y=0.74；均滿足規(guī)范的要求。

（3）框支剪力墻的有限元分析法。應(yīng)用框支剪力墻的有限元的分析程序FEQ來對框支梁與框支柱以及相鄰的墻體實(shí)行分析，該框支梁的偏心受拉性質(zhì)較為明顯，其截面的大部分力均為拉應(yīng)力，其梁跨中的截面頂區(qū)域雖處在壓應(yīng)力的狀態(tài)，不過其數(shù)值較小?？蛑еc框支梁的配筋依整體來計(jì)算與FEQ計(jì)算方法的包絡(luò)。

5 抗震措施

5.1 框支柱的設(shè)計(jì)

該工程的框支柱的抗震等級是二級，其軸壓比的限值是0.7u。該框支柱的主要截面為800mm×800mm，其計(jì)算的結(jié)果表明，全部的框支柱受力都較為均勻，且軸壓比是由0.59～0.63u，所以說，框支柱變形的一致性比較好。還有框支柱剪力的設(shè)計(jì)值要乘上放大系數(shù)，且其剪壓比需控制在零點(diǎn)二之內(nèi)。柱內(nèi)部全部的縱向鋼筋配筋率要大于等于1%，箍筋沿著柱全高應(yīng)用大于等于φ12@100的復(fù)合箍，且體積的配箍率均應(yīng)大于等于1.5%，使得柱有一定延性，使強(qiáng)剪弱彎得以實(shí)現(xiàn)。

5.2 剪力墻的設(shè)計(jì)

要盡量多的使剪力墻落在地上，必要的時(shí)候甚至可以在底部部分增加部分的剪力墻。除了核心部分的剪力墻必須在底部設(shè)置之外，側(cè)面的剪力墻要盡可能的落地，加大底部的剛度。落地的剪力墻其底部的彎矩乘上1.25的放大系數(shù)，增加剪力墻配筋率，還有墻體水平與豎向的分布筋除了滿足計(jì)算的要求之外，同時(shí)還要滿足0.3%配筋率限值。經(jīng)過上述的構(gòu)造處理，保證剪力墻塑性鉸在轉(zhuǎn)換層以上出現(xiàn)。

5.3 框支梁設(shè)計(jì)

框支梁的受力很大而且其受力情況的復(fù)雜，其不僅作為上下層的荷載傳輸樞紐，還是確保剪力墻的抗震性能非常關(guān)鍵的部位，抗震等級為二級，框支梁的配筋率應(yīng)大于等于0.40%?？蛑Я和ǔＪ瞧氖芾臉?gòu)件，在梁中一般有軸力的存在，所以要配置有足夠數(shù)目腰筋。通常腰筋運(yùn)用直徑為φ16的鋼筋，且沿梁高的間距小于等于200mm，而且要可靠的錨入支座內(nèi)部。

5.4 轉(zhuǎn)換層樓板設(shè)計(jì)

框支剪力墻建筑構(gòu)造是轉(zhuǎn)換層做為分界，其上下兩部應(yīng)力分布的規(guī)律是不一樣的。上部的樓層，其外荷載造成的水平力在大體上可按照各片的剪力墻等效剛度的比例分配；然而在下部的樓層，因?yàn)榭蛑е吐涞氐募袅χg剛度的差異，其水平剪力是主要的集中于剪力墻上面，就是在轉(zhuǎn)換層的位置荷載的分配發(fā)生突變。此外，為幫助轉(zhuǎn)換層的樓板實(shí)現(xiàn)剪力的重分配，使轉(zhuǎn)換層的上層樓板適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)，則取其厚度為150mm。

6 結(jié)束語

目前的帶轉(zhuǎn)換層建筑發(fā)展迅速，項(xiàng)目如何轉(zhuǎn)換，以及是否得到合理經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)換是個(gè)非常關(guān)鍵的問題。專家們需要和項(xiàng)目工程的策劃人員進(jìn)行足夠的交流，且精心的構(gòu)思，并考慮到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多個(gè)類型的影響，來找尋最佳的設(shè)計(jì)方案。在工程項(xiàng)目建造的進(jìn)程當(dāng)中，一定要將技術(shù)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，經(jīng)過技術(shù)對比，效果評價(jià)與經(jīng)濟(jì)分析，正確的將技術(shù)先進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)合理這兩者間的聯(lián)系給與處置，從而達(dá)成建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1]姚仲鵬，王瑞君，張習(xí)軍.傳熱學(xué)[J].北京：北京理工大學(xué)出版社，1995（01）：15～18．

[2]趙兩安.高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)方法[J].同濟(jì)大學(xué)出版社，1998（01）：155～160.

[3]包世華，方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].清華大學(xué)出版社，1994（01）：55～60.