工程实例解说高层建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计

 

　　所谓的转换层，是指建筑物某层的上部与下部平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构类型，并通过该楼层进行结构转换的结构。而剪力墙，是指房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载和竖向荷载的墙体。

 

为了更好的控制转换层剪力墙的施工，就需要做好有关方面的设计。基于此，本文就高层建筑中带转换层的框支剪力墙设计进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。 

 

 

　　该工程1#楼地下两层，地上一层为店面，地上二层为架空层，以上均为住宅，总层数三十层。一层层高为5.25m，二层层高为6.15m，三至三十层层高均为3.1m，建筑物主体总高98.2m。结构选用框支剪力墙结构体系，框支层位于三层住宅楼面，建筑抗震设防类别为丙类建筑，工程的抗震设防烈程度为7度，抗震设计基本地震加速度值为0.15g。

 

建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压值：0.95kN/m2（100年一遇），地面粗糙度类别为C类。结构分析软件采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATEW》。取1#楼轴线1-28～轴线1-41之间的部分，转换层及标准层结构平面如附图1。 

 

 

　　（1）梁式转换层：优点-设计和施工均较为简单，传力较为明确；缺点-当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂。 

 

　　（2）箱式转换层：优点-转换梁的约束强，刚度大，整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层”；缺点-转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂，且造价较高。 

 

　　（3）桁架式转换层：优点-框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换型式相对较小；缺点-施工比较麻烦，且对于轴线错位布置时难度较大。 

 

　　结合工程实际建筑布局情况，并考虑经济指标及施工难易程度，经过技术经济比较后，决定采用梁式转换层结构型式，也可称为梁式框支剪力墙结构。 

 

 

　　本工程结构转换层设计遵循下述原则： 

 

　　（1）协调上、下部分结构布置，尽量减少转换结构的数量；

 

　　（2）转换结构采用梁式结构，尽可能直接承托上部竖向结构，避免或少用主、次转换梁的形式； 

 

　　（3）上部竖向构件尽可能置于转换梁靠近支座处，以利竖向力的传递； 

 

 

　　3.1抗震等级的确定 

 

　　本工程转换层以下为框架-剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，是多种结构形式共存的复杂高层建筑，因而不能像单纯的框架结构或剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级，这是明确各部分结构构造要求的关键。 

 

　　依据第4.8.2条抗震设计时，A级高度丙类建筑钢筋混凝土结构的抗震等级应按表4.8.2确定；第4.8.5条抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

 

　　3.2结构竖向布置 

 

　　高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种： 

 

　　（1）与建筑专业协商，除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，使尽可能多的剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。 

 

　　（2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒外围部分的厚度取为400mm，核心筒以外部分墙厚度取为450mm。转换层以上标准层墙厚300mm。 

 

　　（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。 

 

　　（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C45混凝土。

 

　　（5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞（结构施工完毕后再用填充墙填实），以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。 

 

 

　　4.1框支柱 

 

　　框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并应满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对部分因截面尺寸较大而形成的“短柱”，不得大于0.55。

 

柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于10@100，全长加密，且配箍不得小于1.5%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。

 

因为程序计算时，一般假定数板刚度无限大，水平剪力按竖向构件的刚度分配。底部剪力墙刚度远大于框支柱，使得框支柱剪力非常小。然而考虑到实际工程中楼板的变形以及剪力墙出现裂缝后刚度的下降，框支柱吸收的剪力会增加。

 

因而对框支柱的剪力增大作了单独规定。另外，为了加强转换层上下连接，框支柱上部墙体范围内的纵筋应伸入上部墙体内一层；其余在墙体范围外的纵筋则水平锚入转换层梁板内，满足锚固要求。 

 

　　4.2框支梁 

 

　　框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。本工程框支梁梁宽最小为800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，特一级抗震框支梁纵筋配筋率不得小于0.6%。

 

框支梁在满足计算要求下，配筋率不小于0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，其支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通；由于梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋，腰筋采用直径不小于16的钢筋（本工程采用直径20的Ⅲ级钢），沿梁高间距小于200mm，并且应可靠锚入支座内。

 

框支梁受剪很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应进行适当的加强配置。 

 

 

　　如今，随着我国建筑技术的发展进步，带转换层的部分框支剪力墙高层建筑得到了广泛应用。因此，若想做好转换层剪力墙的施工，工作人员就必须要注重设计工作。综上所述，本文就高层建筑中带转换层的框支剪力墙设计进行了探讨，结合了具体的工程实例对相关方面作了系统分析阐述，旨在能为类似的施工提供帮助。 

 

 

　　[1]章斌金.框支剪力墙转换层结构设计探索[J].工程建设与设计.2003（02）. 

　　[2]李路雄.带转换层的框支剪力墙结构设计实例[J].建筑知识.2010（S2）.