框支剪力墙结构的设计与研究

柳鑫

（贵州省城乡规划设计研究院 贵州贵阳 550001）

框支剪力墙结构的设计与研究

柳鑫

（贵州省城乡规划设计研究院 贵州贵阳 550001）

近些年，框支剪力墙结构被广泛用于建筑项目中，如：酒店、餐厅、车库、机房。但是，框支剪力墙也有明显的缺点，例如：向下传力不直接、结构侧向刚度变化比较大以及地震作用导致构件应力集中。本文即针对框支剪力墙结构的设计进行了具体的探讨。

框支剪力墙结构；设计；工程概况

引言

自20世纪80年代以来，我国建筑行业发展势头不容小觑，体型复杂、功能多样的综合性建筑愈加多见。由于建筑功能的需要，框支剪力墙结构在高层建筑结构中大量应用。框支剪力墙结构上部作为住宅、写字楼，下部用作商业设施具有优越的使用功能，但这种结构形式一般底部刚度较小，容易形成薄弱层，对结构抗震不利，因此加强框支剪力墙结构设计具有重要意义。

1 工程概况

本工程为某高层框支剪力墙结构建筑，其分为A塔和B塔两栋塔楼，塔楼间利用防震缝分开，其均为半地下室1层，地上12层的高层独栋塔楼，总高度为43.5m。以A塔为例，半地下室层高为5.1m，首层层高为6.0m，二层层高为4.1m，其余层高为3.6m。转换层位于二层楼面。

2 结构设计参数

本工程的设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为Ⅵ度，设计地震基本加速度为0.1G，设计地震分组为第一组。建筑场地类别为Ⅱ类。基本风压按50年重现期的风压值W0=0.30kN/m2，地面粗糙度类别为A类。抗震等级详见表1。

表1 结构构件的抗震等级

3 框支剪力墙结构设计

3.1 结构布置

本工程A塔高度为43.5m，半地下室，地面以上12层。塔楼标准层层高为3.6m，屋面构架层高2.9m，框支层层高为6.0m，半地下室层高为5.1m。采用部分框支剪力墙结构体系，根据建筑使用功能的要求，在二层做转换层。剪力墙截面沿高度变化，厚度为200～700mm；框支柱截面为1200mm×1200mm；转换梁截面为1200mm×2200mm、1200mm×2000mm、1000mm×2200mm、800mm× 2000mm、800mm×1800mm。竖向构件混凝土强度等级为C30～C50；梁、板混凝土强度等级为C30、C40、C50。楼盖采用现浇钢筋混凝土梁板式结构，塔楼标准层的板厚为100mm、120mm。将与转换层相邻楼层的楼板加强，首层板厚为180mm，二层（转换层）板厚为180mm，三层板厚为120mm，有利于传递水平力及提高转换层的整体性。如图1即为结构整体模型。

图1 结构整体模型

3.2 结构整体弹性分析

在MIDAS分析程序中，梁和框支柱（框架柱）采用梁单元，板采用板单元，剪力墙采用墙单元。本工程采用SATWE和MIDAS程序进行多遇地震作用下的整体内力和位移计算，结构计算的嵌固端在基础面，分析结果见表2。

表2 SATWE和MIDAS分析结果对比

3.3 弹性时程分析

按规范要求，Ⅵ度抗震设防的带转换层高层建筑结构应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。本文采用SATWE程序进行多遇地震下的弹性动力时程分析。按地震波三要素（频谱特性、有效峰值和持续时间），SATWE选取Ⅱ类场地上两组实际地震记录天然波1（TH2TG035）和天然波2（TH4TG035）和一组人工波（RH1TG035）进行弹性时程分析。图2和图3分别是弹性时程分析得到的层间位移角和楼层剪力图。反应谱与时程分析基底剪力结果比较见表3。

图2 地震波作用下层间位移角

图3 地震波作用下楼层剪力

表3 反应谱与时程分析基底剪力结果比较（单位：kN）

由图2可看出，结构在天然波1（TH2TG035）作用下的X向层间位移角最大值为0.001，与规范的限值1/1000相等，在天然波2（TH4TG035）、人工波（RH1TG035）和规范反应谱作用下，不论X向和Y向的层间位移角均小于规范限值，说明天然波1 （TH2TG035）对结构起主要控制作用。由表3可以看出，在地震作用下的时程计算结果平均值与振型分解反应谱结果较接近，但根据规范要求，当取三组时程曲线进行计算时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法计算结果的较大值，故在施工图设计中将反应谱放大1.19倍进行设计。

3.4 转换层楼板应力分析

部分框支剪力墙结构中，框支转换层楼板是重要的传力构件，不落地剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递到落地剪力墙，为保证楼板能可靠传递面内相当大的剪力（弯矩），按规范要求，取板厚为180mm，混凝土强度等级按C50（ft=1.89MPa），配筋为双层双向12@200。用MIDAS程序对转换层楼板进行应力分析，分析时采用弹性膜（仅考虑楼板平面内刚度和不考虑平面外刚度）来模拟弹性楼板，用以验算设计是否满足要求。查看以下荷载组合下的楼板应力：①1.2恒荷载+1.4活荷载；②1.35恒荷载+0.98活荷载；③1.2恒荷载+0.6活荷载+1.3地震荷载；④1.2恒荷载+0.6活荷载-1.3地震荷载。图4和图5分别为转换层楼板X向和Y向最大应力云图。

图4 转换层楼板X向应力云图

由图4和图5可知，转换层楼板由于开洞少，整体性好，在多遇地震作用下，绝大部分区域楼板面内拉应力均小于C50混凝土抗拉强度设计值（ft=1.89MPa），且应力集中部位多出现在转换梁区域附近。

图5 转换层楼板Y向应力云图

3.5 转换梁应力分析

本工程为框支梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强构造措施。用MIDAS程序对转换梁进行应力分析，查看以下荷载组合下的转换梁的应力：①1.2恒荷载+1.4活荷载；②1.35恒荷载+0.98活荷载；③1.2恒荷载+0.6活荷载+1.3地震荷载；④1.2恒荷载+0.6活荷载-1.3地震荷载。以（Bc～BG）轴×（B10～B13）轴的转换梁为例，图6和图7分别为转换梁X向和Y向局部最大应力云图。

图6 转换梁X向局部应力云图

图7 转换梁Y向局部应力云图

由图6和图7可知，转换梁截面受拉区域较大，在多遇地震作用下，大多数拉应力均大于C50混凝土抗拉强度设计值（ft= 1.89MPa），需要由钢筋来承受，在施工图设计中按MIDAS程序分析出的应力和计算结果来校核SATWE的计算结果，以满足设计要求。

4 结语

综上所述，随着高层建筑的造型和功能的多样化发展，其结构设计难度不断增加。尤其是框支剪力墙结构一直存在抗震性能较差的问题，对此设计人员必须重视其结构设计工作，合理剪力分析计算模型，采用SATWE、MIDAS等程序进行整体弹性对比分析，多遇地震作用下弹性时程分析及转换梁、楼板的应力有限元分析，以确保工程结构设计满足相应规范要求，实现其使用安全性与可靠性。

参考文献

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TU398.2

A

1673-0038（2015）24-0019-03

2015-4-12