框支剪力墻結構設計小議

高彩霞

1 工程概況

本工程為晉城某房地產開發公司擬建的某棟臨街地上住宅樓，地下1 層，地上17 層，1，2 層為商店，層高分別為4.2 m，4.8 m，2層以上為住宅，層高均為2.9 m。根據甲方及功能要求1，2層部分剪力墻不能落地，保證有較大的空間作為商場使用，因此本工程采用部分框支剪力墻轉換結構。

該地區設防烈度為6度，設計地震加速度為0.05g，地震分組為第三組，擬建場地類別為Ⅱ類，設計使用年限50年，采用PKPM系列軟件進行結構分析，計算和配筋由SATWE完成，由PMSAP復核計算。

2 結構方案確定

《高規》規定6度抗震設計時，轉換構件可采用厚板，但相對而言，梁式轉換具有傳力明確直接，受力性能好，施工方便等優點，且考慮本工程南邊柱網相對規整，有設轉換梁的條件，因此經與建筑專業及甲方協商，最后確定采用梁式轉換結構。其中轉換層平面布置見圖1，標準層結構平面布置見圖2。

3 工程特殊參數設置

1)結構類別定義為《復雜高層結構》。2)選擇15個振型，周期折減系數0.95，考慮雙向扭轉耦聯及偶然偏心。3)定義3層為轉換層(包括地下室)。4)墻元細分最大控制長度為1.0 m。5)指定3層為薄弱層。6)選擇《調整與框支柱相連的梁內力》，并設托墻梁剛度放大系數2。7)選擇0.200調整(2層～19層)。8)特殊構件定義，框支梁為轉換梁，與框支梁相連的轉換層以下各層(不包括地下室)都為框支柱;2層～4層框支梁周圍樓板為彈性膜。9)抗震等級:剪力墻三級;框架二級;特殊構件定義修改上部剪力墻四級。

圖1 標準層結構平面布置圖

4 抗震計算控制分析

本轉換高層場地高差較大，所以一般情況下易形成特別不規則結構(即超出三項不規則)。

1)扭轉不規則。

2)側向剛度不規則。

3)豎向抗側力構件不連續。

4)樓板局部錯層不連續(地勢高差引起)。

因此為了避免形成特別不規則，通過調整扭轉不規則和相鄰上下層側向剛度不規則，使其只有3)，4)兩項不規則，來達到盡量減小轉換結構由于豎向抗側力構件不連續形成的薄弱層破壞。

圖2 二層結構平面布置圖

4.1 控制結構的扭轉效應

1)控制結構平面布置，避免產生過大的扭轉效應。本工程南面是主要商場入口，北面是物業用房及功能樓梯，所以建筑北面可以設剪力墻，南面需框支梁轉換，墻盡量少，但考慮結構布置宜均勻對稱，所以框支層北面墻也不能太多，經與建筑專業多次協調，確定在轉角及柱邊結合上部住宅，布了少量墻，通過剪力墻的調整，使質心和剛心盡量接近避免產生過大扭轉。

2)適當弱化內部主體結構，盡量加強周邊主體結構，提高抗扭剛度，有利于縮短扭轉周期，減少扭轉變形。

從表1可知，T3/T1=0.78＜0.85滿足《高規》4.3.5條，結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比不應大于0.85的規定。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層最大水平位移與層平均位移的比值及最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.2，滿足《高規》4.3.5 條規定的要求。

表1 本工程整體結構計算前三振型對應的結構周期值

4.2 控制豎向不規則

本工程通過盡量增大下部柱截面(750×750)，局部轉角增設剪力墻，加大下部剪力墻厚度(南邊墻厚450 mm)，提高下部混凝土強度等級(C40)，從而提高下部框支層的剛度;在層間位移基本控制合理范圍的條件下，盡量減少上部剪力墻數量，減薄上部剪力墻厚度，降低上部混凝土強度等級(C30)，盡量弱化轉換層上部結構側向剛度。

本工程采取上述措施后，用地震剪力與地震層間位移的比計算層剛度之比(從SATWE計算結果文件中提取)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 薄弱層地震剪力放大系數 =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方向本層塔側移剛度與上一層相應塔側移剛度70%的比值

或上三層平均側移剛度80%的比值中之較小者

Ratx，Raty:X，Y方向本層塔側移剛度與下一層相應塔側移剛度的比值

以上計算結果滿足《高規》第4.4.2條其樓層側向剛度不宜小于上部側移剛度70%或其上相鄰三層平均側移剛度80%的要求。

本工程底部大空間層數為二層，根據《高規》附錄E規定，其轉換層上部與下部結構等效側向剛度比Re計算結果(從SATWE計算結果文件中提取)如下:高位轉換時轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比。

采用的樓層剛度算法:剪彎剛度算法。

轉換層所在層號=3。

轉換層下部結構起止層號及高度=2 3 9.00。

轉換層上部結構起止層號及高度=4 6 8.70。

X方向下部剛度=0.127 6E+08，X方向上部剛度=0.106 3E+08，X 方向剛度比 =0.805 5。

Y方向下部剛度=0.214 5E+08，Y方向上部剛度=0.183 1E+08，Y 方向剛度比 =0.825 1。

《高規》E.0.2 中 Re宜接近1，抗震設計時不應大于1.3，此條主要指不要大于1太多，在《房屋建筑抗震設計常見問題解答》2.4.8條指出抗震設計時Re＜1.0，一般情況下更有利于抗震。

4.3 控制層間位移角和剪重比

控制層間位移角的目的是確保高層建筑在正常使用階段水平力作用下滿足結構剛度和舒適度的設計要求，使得結構設計既經濟又能被居住者接受。

本工程X方向最大值層間位移角為1/2 880，Y方向最大值層間位移角為1/3 080，滿足規范要求;X方向整層剪重比1.12%，Y方向整層剪重比1.21%，均滿足GB 50011-2010抗規第5.2.5條規定0.008的最小剪重比的要求。

5 結語

1)由于框支剪力墻結構一般是為滿足上下建筑空間布置而采用的結構，因此建筑方案確定后，為改善抗震性能，應先合理布置剪力墻，盡量使轉換梁直接托上部剪力墻，減少轉換級數，縮短傳力路徑，避免多級轉換，且通過調整剪力墻布置使質心和剛心接近避免扭轉。

2)強化下部框剪結構，弱化上部剪力墻結構，使轉換層上下主體結構側向剛度盡量平滑過渡。

3)嚴格控制轉換層上下剛度比，保證底部大空間有足夠的剛度。

4)通過計算可知，建筑轉換層是本樓設計的重點，盡量強化和提高下部結構，抗震承載力和延性，避免罕遇地震下主體破壞，且除計算設計以外，還要加強構造措施，提高其延性和承載力。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設計規范[S］.

[2]JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[S］.

[3]張瑞文.框架—剪力墻高層建筑結構優化設計研究[J］.山西建筑，2010，36(1):78-79.