部分框支剪力墙高层住宅楼结构设计实践探讨

部分框支剪力墙高层住宅楼结构设计实践探讨当今社会一个典型的特点就是建筑越来越高，高层住宅建筑在我国越来越得到了广泛的应用。面对这种情况积极的探索各种结构体系在其中的应用有着很强的实际意义。本文是笔者结合多年工作经验以及工程案例，着重对框支剪力墙结构高层住宅建筑抗震设计及软件应用情况进行简要介绍。以供参考。

TU352文献标识码：A文章编号：

引言

部分框支剪力墙结构是由落地剪力墙或剪力墙筒体和框支柱组成的协同工作结构体系。这类结构类型由于底部几层有较大的空间，能适用于各种建筑的使用功能要求。因此，广泛应用于底层为商店、餐厅、车库、机房，上部为住宅、公寓、饭店、综合楼等高层建筑。但是，这种结构在受力上也有明显的缺点：传力不直接，结构竖向刚度变化很大，甚至是突变，地震作用下易形成结构薄弱层，加上构造复杂，给结构设计带来较大难度。为了满足建筑功能的要求，结构必须设置转换层进行结构转换，底部大空间框支剪力墙结构可以在建筑物下部形成一层或多层的大空间，通过结构转换层，用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。文章结合实际工程，具体的探讨此类建筑结构的抗震设计。

1工程概况

某工程项目总建筑面积1..4925万平方米。一层地下室面积3465平方米，地上一幢26层住宅,面积1.1460万平方米，总高80.8m。地下室一层,高4.8m;地上一层为商铺和居民活动空间,高5.8m;二层为架空绿化层,高5.4m,三层及以上至屋顶层均为住宅，高为2.9m。该地区的基本风压0.65KN/m2,抗震设防烈度7度,场地土的特征周期0.45s，设计基本地震加速度0.10g,结构的阻尼比为0.05，水平地震影响系数最大值为0.08，罕遇地震影响系数最大值为0.50，地面粗糙度为C类。剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，其余部位为二级，框支框架抗震等级为一级，框架抗震等级为二级,。地下室主楼相关范围外抗震等级为三级。计算中考虑双向水平地震作用、扭转耦联影响及重力二阶效应,并对结构的稳定性进行计算。

2结构计算分析

2.1转换体系的选取与计算

框支转换层楼板在地震中受力变形较大，其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多，地震时楼板将传递相当大的地震力，其在平面内的变形是不可忽略的。因此在进行整体结构分析时，转换层楼板采用弹性膜单元模拟计算。

2.2嵌固端与转换层楼板板厚的确定

工程以±0.000板作为嵌固端，既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构，同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(以下简称《抗规》)第6.1.14条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时，结构地上一层的侧向刚度,不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。故本工程地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙，在应力集中的楼层,将楼板厚度加大，转换层楼板取180mm，与其相邻的层也适当加厚至150mm。

考虑抗震需要,施工图阶段时转换层楼板采用C40混凝土，更有意提高转换层配筋率,使单层配筋率达到0.30%，以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍，宽度较宽，对边转换梁，板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。

2.3框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计

框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域，这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确，减少转换板的内力，同时，上下抗侧力结构对齐，对于抵抗水平地震荷载作用，改善转换板的复杂受力情况也是大有益处的。框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件，它的安全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力，因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上，通过概念设计和抗震措施(构造措施)进行设计。框支柱的抗震等级定为一级,为了增加其延性，轴压比不超过0.6，其最小配箍特征值比一级增加0.02采用，且箍筋体积配箍率不小于1.5％。框支层剪力墙轴压比控制在0.5以内，以保证剪力墙有足够的延性。抗震设计时，剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称《高规》)第7.1.4条规定:剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起宜取至转换层以上两层且不宜小于房屋高度的1/10。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性,《抗规》及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中，考虑到高层建筑结构的重要性，《高规》对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点，设计中有以下两点特别之处：

(1)一般情况下,高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照《抗规》6.5.1条规定取值。但对于本工程而言,由于底部层高较大,一般剪力墙墙厚bw取400,但对于电梯井处剪力墙布置较多,相对的轴力较小,其截面按照上述方法取值则显得的不是很经济合理，并且会影响建筑使用，所以取200mm厚。

(2)在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要求下，尽量减少上部剪力墙数量，减薄厚度，转换层以下厚度加大，以减少结构上部刚度,增大下部刚度。同时，由于转换层上下刚度的突变对上部相邻几层剪力墙造成的影响，故而除了对转换层上相邻数层剪力墙的水平及竖向分布筋和边缘构件钢筋予以加强外,还在这些楼层中跨高比小于2的剪力墙连梁内设置交叉钢筋以增强其耗能能力。

2.4转换层上、下结构侧向刚度比的确定

结构层刚度比计算经常需要选择层刚度比的计算方法，《高规》附录E给出了两种算法：

剪切刚度法――γe1＝G1A1h2/G2A2h1，考察的是抗侧力构件的截面特性及与层高的关系，属于近似计算方法。一般适用于剪切变形为主的结构及结构部位，如框架结构、结构的嵌固部位及底部大空间为一层的转换层之上层与转换层结构的等效剪切刚度比等。

剪弯刚度法――γe2＝∆2H1/∆1H2，计算的是转换层上部与转换层下部结构的等效侧向刚度比，考察的是结构特定区域内结构侧向变形角之间的比值，适用于结构侧向刚度变化较大的特殊部位，如底部大空间层数大于一层时转换层上、下的结构等。同时规范要求当转换层设置在二层及以上时，按γ1＝Vi∆i+1/Vi+1∆i公式计算转换层与其相邻上层侧向刚度比不应小于0.6。

本工程转换层设置在建筑三层，故采用剪弯算法计算等效侧向刚度。

工程实践中，框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的，为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度，使上下刚度接近,《高规》规定：需要抗震设防时，转换层上下刚度比不应于小于0.5，同时不应大于1。为了满足此要求,对底部的落地核心筒及少量的落地剪力墙均予以加厚，落地核心筒周边墙体加厚至400mm(上部为250或200mm)，同时转换层以下的混凝土强度等级定为C50，最终刚度比均控制在1.8左右。转换层与其相邻上层侧向刚度比为0.71>0.6满足规范要求。

2.5局部抗震设计

局部框支剪力墙结构的局部加强范围,对本工程来说,取框支部分所临近2～3个开间所包围的区域。在进行框支柱、梁内力调整时可按此加强有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外,可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造,如板边设暗梁、梁板配筋加强等,以保证水平剪力传递。

建筑专业为了立面处理的需要,希望在建筑平面的角部开窗。墙体角部在地震作用下，是较敏感的部位，特别当结构平面不规则时，由于平面的扭转，引起内力重分布，将使震害加剧，使得此处的连梁分配更多的地震力，容易产生连梁的超筋问题。因此，需要对此处的连梁采取构造加强措施,本工程主要采用了以下几点：

(1)角部开窗的墙体为无翼缘墙体,《抗规》6.4.1条规定墙体厚度,对于一、二级抗震墙当无端柱或翼墙时底部加强部位不应小于层高的1/12,非底部加强部位不应小于层高的1/16。本住宅层高2.9m,故角部房间墙段厚度底部加强区取250mm，非底部加强区取200mm

(2)由于角部墙体无翼缘,延性较差,应在墙体端部设置暗柱,并适当的加强配筋。

(3)为了增加墙体平面外的稳定性,可在每层楼板角部处附加钢筋板带配10Φ12mm钢筋,两端各锚入暗柱内,长度≥35d。

3.结语

部分框支剪力墙结构是一受力复杂不利抗震的建筑结构。因此，为满足使用功能和结构抗震设计的要求，同时使剪力墙的布置和用量较为合理,结构设计时需遵循一下的原则：

减少转换

平面设计布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能多的布置成上下主体竖向结构连续贯通，尤其是在框架核心筒结构中，核心筒宜上下贯通。同时应注意尽可能使水平转换结构传力直接，避免多级复杂转换。合理布置剪力墙的位置，使结构的刚度中心与质量中心相接近。

强化下部，弱化上部

为保证下部大空间整体结构有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，应尽量强化转换层下部主体刚度，弱化转换层上部主体结构刚度，使转换层上下部主体结构刚度和变形特征接近。如加厚下部剪力墙、提高混凝土强度等级，上部剪力墙减薄、开洞等处理。

计算全面准确

必须将转换结构作为整体结构中的一个重要组成部分，采用符合实际的受力变形状态正确模型进行结构计算分析。并应在结构整体计算后对局部特殊结构进行专门的有效受力分析。

加强结构抗震措施

在结构设