框支剪力墙结构的设计

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【摘要】目前的高层住宅结构设计大多数是根据已经确定好的平面和竖向布置,先设定好构件尺寸,通过电算,在电算过程中对个别超限构件进行调整形成最终结果。至于整个方案是否完善,构件尺寸假定是否合理,很多时候往往会产生不必要的浪费。本文主要结合实例，对高层建筑框支剪力墙结构的设计进行探讨。

【关键词】高层建筑框支剪力墙 结构 设计

Abstract： high-rise residential structure design have identified a good plane and the vertical layout, to set the component size by the ICC, to adjust the individual overrun components, Computer to form the final result. As for the whole program is whether it is good the scantlings assumption is reasonable, and very often create unnecessary waste. In this paper, with examples, discuss the design of high-rise building frame shear wall structure supported.

Key words： high-rise building frame - shear wall structural design

中图分类号： TU97 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

本高层商住楼，由商业裙楼及1 幢高层塔楼组成，该工程地下2层，地上31层，其中地下室―1层层高6.0m，布置设备用房及公共机动车泊位，地下室―2层层高3.9m战时为六级人防。地上1～3 层为商业用房，层高分别为5.1m、4.8m、3.7m，按建筑要求第4 层为转换层，层高3.3m，4 层以上为剪墙结构住宅。住宅层高均为3.0m层高，30层以上为机房，室外地坪以上主体高度为98.2m，建筑总高度（至机房顶）为106.6m。

二、结构布置

该工程重点解决两个方面的问题。第一，为保证结构沿竖向刚度均匀变化，应设法争取尽可能多的上下贯通构件。结合电梯井道、消防楼梯间及电梯厅，布置了一个中央核心筒，并根据塔楼周边剪力墙分布情况，除在底部裙楼对应部位设置了落地贯通加厚剪力墙外，另在底部增设部分仅伸至转换层的剪力墙以加大底侧向刚度。第二，合理布置裙楼柱网，使不落地剪力墙直接通过转换层托梁。

1、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。然而带转换层的结构显然有悖于此，对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。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，尽量避免出现薄弱层。可采用的方法有以下几种。

（1）使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片L型剪力墙也落至基础。这些都大大增强了底部刚度。

（2）加大底部剪力墙厚度，减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度区为400mm厚，上部厚度取为200mm。

（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太多。

（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C55混凝土。

2、结构平面布局

工程底部为框架－剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置须经多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果，查阅计算结果，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为0.77，各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

三、结构设计与计算

结构整体分析计算主要采用了SATWE，并采用了力学模型与之不同的软件TBSA6．0进行校核。该建筑物平面外形为长方形，有两个上下贯通的电梯间形成主要落地的剪力墙。因建筑功能需要，首层为大空间，层高6m，二层～四层为商业群楼，故将转换层设置在二层，表1为SATWE计算的各层的侧向刚度。

从结果看出地下负一层与首层的抗侧移刚度比为2．38，大于2倍，这与《高规》中“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍”相符合，故首层满足作为上部结构嵌固层的要求，构造上考虑首层覆土建造园景，首层楼板厚取250mm，配筋取12@100，底面双向直通。二层的墙量比较多，而且落地的剪力墙相对较少，这就很容易造成转换层上下侧向刚度相差较大，造成竖向不规则为了避免转换层上、下的侧向刚度比相差较大，故一方面把转换层以下的落地剪力墙做厚，另一方面在控制墙柱轴压比和结构位移的前提下尽量把转换层以上的框支剪力墙减薄，转换层上下侧向刚度比控制在规范要求的范围内。另外，为提高结构的整体性，增加了转换层及相邻楼层的楼板厚度，从而更有效地传递和分配水平作用。转换层楼板厚度为180rm，配筋10@100双层双向直通。

为了较好地控制转换层上下刚度比，尽量减少转换层刚度突变结构抗震带来的不利影响，利用商业群楼中的三个落地的电梯间，将梯间的外筒剪力墙厚度加厚到500mm，转换层以上两层加强部分的电梯间外筒剪力墙厚度为350mm。同时为提高整体结构的抗扭能力，对周边的剪力墙布置作了加强。这样一方面改善了转换层上下层刚度比，通过加强转换层以上的抗侧力构件，有效地补偿了抗剪面积的削弱；另一方面，将刚心与质心的距离尽量减少，以尽量减少扭转的不利影响。经多次对结构布置和构件尺寸的调整，将各楼层的弹性层间位移角控制在1／l000以内，结构薄弱层层间弹塑性位移角限值也控制在1／120以内。全楼各楼层的抗侧移刚度比均大于上层抗侧移刚度的70％，或其上相邻三层抗侧移刚度平均值的80％，避免了由抗侧移刚度突变而造成竖向不规则。从而避免了薄弱部位的形成。薄弱部位由于变形大，造成构件在地震作用时过早发生屈服减少延性和耗能能力。在结构设计中应尽量避免出现薄弱层。

四、门洞设置原则

框支剪力墙转换梁上一层墙体内尽量不设门洞，且不在中柱上方设门洞。

框支剪力墙转换梁上一层墙体内的门洞及中柱上方的门洞使框支梁的剪力大幅增加，很容易破坏。根据结构单元中间的框支剪力墙承受垂直荷载较大的特点，把该片剪力墙沿横向整个连起来，中间不开洞，同时为了节约工程造价，在满足轴压比的情况下，尽量减短沿纵向翼墙的宽度。结构单元两端的框支剪力墙承受垂直荷载较小，若把它做成一片整墙，对框支梁的受力有利，但会增加工程造价。于是采取了把框支梁上一层沿横向连起来做成～片整墙，以上层还是沿横向分开，做成三片剪力墙，每片墙形心尽量与对应的框支柱形心重合，减框支柱的偏心弯矩。

五、转换构件

框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其墙上厚度的2倍，且不小于400mm;高度不小于计算跨度的1/6。工程框支梁宽度为600～800mm。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，一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于0.5%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因此应配置足够数量的腰筋，腰筋采用Φ16，沿梁高间距不大于200mm，并且应可靠锚入支座内，支座上部纵筋至少应有50%沿梁全长贯通。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，在箍筋在满足计算要求的情况下，箍筋应适当加强。

框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。该工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6。一级框支柱在满足计算要求下，柱全部纵向钢筋配筋率不得小于1.1%。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大得多。箍筋不得小于Φ10@100，全长加密，且配箍率不得小于1.5%。在工程中，部分框支柱还兼作剪力墙端柱，所以还应满足约束边缘构件配箍特征值不小于0.2的要求。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%。

结语

总之，高层建筑结构设计中应重视结构的选型和结构的规则性。而框支剪力墙结构是抗震不利的结构体系。设计时不仅要求整体结构的平面布置合理、竖向布置合理还应该重点考虑转换层布置。当转换层位置较高时应加强底部框支层的侧向刚度，防止底部位移突变形成薄弱层。

参考文献

[1]徐培福．复杂高层建筑结构设计【M】．北京：中国建筑工业出版

2005．

[2]GB50009-2001，建筑结构荷载规范【S】．

[3]GB50010-2002，混凝土结构设计规范【S】．

[4]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程【s】．

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。