框支剪力墙结构设计小议

高彩霞

1 工程概况

本工程为晋城某房地产开发公司拟建的某栋临街地上住宅楼，地下1 层，地上17 层，1，2 层为商店，层高分别为4.2 m，4.8 m，2层以上为住宅，层高均为2.9 m。根据甲方及功能要求1，2层部分剪力墙不能落地，保证有较大的空间作为商场使用，因此本工程采用部分框支剪力墙转换结构。

该地区设防烈度为6度，设计地震加速度为0.05g，地震分组为第三组，拟建场地类别为Ⅱ类，设计使用年限50年，采用PKPM系列软件进行结构分析，计算和配筋由SATWE完成，由PMSAP复核计算。

2 结构方案确定

《高规》规定6度抗震设计时，转换构件可采用厚板，但相对而言，梁式转换具有传力明确直接，受力性能好，施工方便等优点，且考虑本工程南边柱网相对规整，有设转换梁的条件，因此经与建筑专业及甲方协商，最后确定采用梁式转换结构。其中转换层平面布置见图1，标准层结构平面布置见图2。

3 工程特殊参数设置

1)结构类别定义为《复杂高层结构》。2)选择15个振型，周期折减系数0.95，考虑双向扭转耦联及偶然偏心。3)定义3层为转换层(包括地下室)。4)墙元细分最大控制长度为1.0 m。5)指定3层为薄弱层。6)选择《调整与框支柱相连的梁内力》，并设托墙梁刚度放大系数2。7)选择0.200调整(2层～19层)。8)特殊构件定义，框支梁为转换梁，与框支梁相连的转换层以下各层(不包括地下室)都为框支柱;2层～4层框支梁周围楼板为弹性膜。9)抗震等级:剪力墙三级;框架二级;特殊构件定义修改上部剪力墙四级。

图1 标准层结构平面布置图

4 抗震计算控制分析

本转换高层场地高差较大，所以一般情况下易形成特别不规则结构(即超出三项不规则)。

1)扭转不规则。

2)侧向刚度不规则。

3)竖向抗侧力构件不连续。

4)楼板局部错层不连续(地势高差引起)。

因此为了避免形成特别不规则，通过调整扭转不规则和相邻上下层侧向刚度不规则，使其只有3)，4)两项不规则，来达到尽量减小转换结构由于竖向抗侧力构件不连续形成的薄弱层破坏。

图2 二层结构平面布置图

4.1 控制结构的扭转效应

1)控制结构平面布置，避免产生过大的扭转效应。本工程南面是主要商场入口，北面是物业用房及功能楼梯，所以建筑北面可以设剪力墙，南面需框支梁转换，墙尽量少，但考虑结构布置宜均匀对称，所以框支层北面墙也不能太多，经与建筑专业多次协调，确定在转角及柱边结合上部住宅，布了少量墙，通过剪力墙的调整，使质心和刚心尽量接近避免产生过大扭转。

2)适当弱化内部主体结构，尽量加强周边主体结构，提高抗扭刚度，有利于缩短扭转周期，减少扭转变形。

从表1可知，T3/T1=0.78＜0.85满足《高规》4.3.5条，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不应大于0.85的规定。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层最大水平位移与层平均位移的比值及最大层间位移与平均层间位移的比值均小于1.2，满足《高规》4.3.5 条规定的要求。

表1 本工程整体结构计算前三振型对应的结构周期值

4.2 控制竖向不规则

本工程通过尽量增大下部柱截面(750×750)，局部转角增设剪力墙，加大下部剪力墙厚度(南边墙厚450 mm)，提高下部混凝土强度等级(C40)，从而提高下部框支层的刚度;在层间位移基本控制合理范围的条件下，尽量减少上部剪力墙数量，减薄上部剪力墙厚度，降低上部混凝土强度等级(C30)，尽量弱化转换层上部结构侧向刚度。

本工程采取上述措施后，用地震剪力与地震层间位移的比计算层刚度之比(从SATWE计算结果文件中提取)如下:

Floor No.3 Tower No.1

Xstif=12.425 4 m Ystif=2.668 6 m

Alf=0.000 0(Degree)

Xmass=12.223 4 m Ymass=-4.471 6 m Gmass=1 250.972 8 t

Eex=0.017 3 Eey=0.782 5

Ratx=0.710 7 Raty=0.537 8

Ratx1=1.489 6 Raty1=1.295 1 薄弱层地震剪力放大系数 =1.15

RJX=2.295 4E+06 kN/m RJY=2.628 2E+06 kN/m RJZ=0.000 0E+00 kN/m

Ratx1，Raty1:X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值

或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者

Ratx，Raty:X，Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值

以上计算结果满足《高规》第4.4.2条其楼层侧向刚度不宜小于上部侧移刚度70%或其上相邻三层平均侧移刚度80%的要求。

本工程底部大空间层数为二层，根据《高规》附录E规定，其转换层上部与下部结构等效侧向刚度比Re计算结果(从SATWE计算结果文件中提取)如下:高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比。

采用的楼层刚度算法:剪弯刚度算法。

转换层所在层号=3。

转换层下部结构起止层号及高度=2 3 9.00。

转换层上部结构起止层号及高度=4 6 8.70。

X方向下部刚度=0.127 6E+08，X方向上部刚度=0.106 3E+08，X 方向刚度比 =0.805 5。

Y方向下部刚度=0.214 5E+08，Y方向上部刚度=0.183 1E+08，Y 方向刚度比 =0.825 1。

《高规》E.0.2 中 Re宜接近1，抗震设计时不应大于1.3，此条主要指不要大于1太多，在《房屋建筑抗震设计常见问题解答》2.4.8条指出抗震设计时Re＜1.0，一般情况下更有利于抗震。

4.3 控制层间位移角和剪重比

控制层间位移角的目的是确保高层建筑在正常使用阶段水平力作用下满足结构刚度和舒适度的设计要求，使得结构设计既经济又能被居住者接受。

本工程X方向最大值层间位移角为1/2 880，Y方向最大值层间位移角为1/3 080，满足规范要求;X方向整层剪重比1.12%，Y方向整层剪重比1.21%，均满足GB 50011-2010抗规第5.2.5条规定0.008的最小剪重比的要求。

5 结语

1)由于框支剪力墙结构一般是为满足上下建筑空间布置而采用的结构，因此建筑方案确定后，为改善抗震性能，应先合理布置剪力墙，尽量使转换梁直接托上部剪力墙，减少转换级数，缩短传力路径，避免多级转换，且通过调整剪力墙布置使质心和刚心接近避免扭转。

2)强化下部框剪结构，弱化上部剪力墙结构，使转换层上下主体结构侧向刚度尽量平滑过渡。

3)严格控制转换层上下刚度比，保证底部大空间有足够的刚度。

4)通过计算可知，建筑转换层是本楼设计的重点，尽量强化和提高下部结构，抗震承载力和延性，避免罕遇地震下主体破坏，且除计算设计以外，还要加强构造措施，提高其延性和承载力。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S］.

[2]JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S］.

[3]张瑞文.框架—剪力墙高层建筑结构优化设计研究[J］.山西建筑，2010，36(1):78-79.