某高层剪力墙转换层结构经济技术分析
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摘要： 文章对剪力墙转换结构体系在不同跨度、烈度下进行整体计算，并对剪力墙结构转换体系在不同跨度、烈度下的方案对比，探讨了剪力墙结构用于复杂高层建筑的技术性及经济性。
Abstract: The shear wall structural transformation system are calculated and compared in a different span and intensity, the technical and economic nature of the shear wall structure for complex high-rise building are explored.
Key words: shear wall；transformation；technology；economic
中图分类号：TU97 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）22-0112-02
1转换层结构设计
常用的结构不能用来对转换层结构进行分析和设计，这是由于沿建筑物竖向结构刚度的连续性受到结构中转换层的设计影响，而力的传递途径有大的改变。因此，建筑整体结构的布置和水平转换构件需根据转换层上部结构布置、类型及构件的受力特点来进行设计。
2整体结构计算模型设计
本案中，框支剪力墙结构共19层，位于底部的两层高4.5m，第3层净高3.6m，为转换层，3层以上的高2.9m，该计算模型的转换跨度L1×L2，转化为表1数据即6.6m×7.8m～10.0m×15m。上部剪力墙尺度的调整根据转化跨度不同进行。模型中各项指标均按规范要求进行设计，最大高度、最大宽度、最大高宽比分别为61.6m、61.6/15.6=3.9、1.56，落地剪力墙的最大间距14m，相邻框支柱与剪力墙与相邻框支柱相距≤10m。
3转换层构件设计
3.1 转换梁设计进行转换梁上部墙体的设计时，采取分段布置，使得梁跨高比均在1/8到1/6之间，即处于普通梁和深梁之间，受力大概等于普通梁，进行配筋计算时采取普通梁截面的设计方法，斜柱转换时，斜柱传递竖向力过程中将产生水平分力，如斜柱产生水平分力不能相互平衡，则需对转换梁以偏心受拉构件进行验算。钢筋在转换梁上、下部纵向配筋率≥0.5%，处于上部纵向沿梁全长贯通钢筋至少50%，处于转换梁两侧KZL1KZIL5的腰筋直径≥20mm，间距为200mm，箍筋间距为100mm，直径≥20mm，拉筋采取与箍筋相同的直径。将Φ15.2无粘结钢绞线配置于预应力混凝土转换梁KZLl―KZL4，采取1860MPa的强度标准，同时设设计值为1320MPa，张拉控制应力在0.75fptk，估算预应力筋数量时按抗裂控制要求进行。使用双轴对称的实腹工字形Q345B钢作为型钢混凝土转换梁中的钢骨，上、下翼缘厚度分别为40、50，翼缘宽度在300毫米到400毫米，腹板厚度为30，按《钢管混凝土结构设计规程》中简化叠加方法计算型钢所能承受的弯矩，即取1.05wf，含钢率不小于4%。宽扁梁转换梁截面以剪压比≤0.15，截面和配筋的设计按受压区高度比≤0.2。在正常使用极限状态进行结构设计，宽扁梁跨高比控制在不大于10，宽高比不高于2.5，裂缝宽度不超过0.2mm，竖向长期变形L/400。
3.2 斜柱设计进行配筋计算时参照转换桁架的调整方法，对斜柱转换中各杆件的配筋关系在结构计算上按“强斜腹杆、强节点”的原则进行调整，集中在对斜柱与框支柱之间的强度上进行调整，对斜柱的箍筋用量软件计算得出的配筋基础上乘以1.2倍系数，纵筋的用量也乘以1.5倍放大系数，一定范围内保证框支柱破坏晚于斜柱，也使斜柱自身的强剪弱弯得到保障。
3.3 箱型肋板设计使用软件计算整体式，按剪力墙输入箱型转换层的肋板，在墙下设虚梁，计算时箱型转换层作为整体，使肋板与顶(底)板的关系得以更好的表达，将面外刚度和顶、底板面内变形等纳入影响因素，设计箱型顶、底板时依据此计算结果进行，配筋设计根据板中受力状态，按偏心受拉、受弯或偏心受压构件进行。计算中，肋板另按转换梁输入，箱型底板的作用不予考虑，将墙元模型结果拿来与本结果作对照，把腹部构造钢筋和纵向钢筋的配置纳入考虑范围，使箱型转换层内的肋板设计更安全。经试算，将箱体高度定为1300~2000毫米，箱型转换层顶板、底板厚200毫米。
3.4 转换层楼板的计算模型选择下部结构可靠传递受到上部结构的水平力，楼板的刚性是抗侧向力的竖向构件能合适地协同工作的先决条件，且线刚度在构件变形协调过程中直接关系到楼板能分配到内力的大小。楼板刚度模型选择合理，可能引起结构整体计算出现误差、分析结果失真。设计时为确保结构的安全、经济、合理，在确定楼板刚性时需考虑楼板模型特征、楼板与其他构件变形协调关系及对局部和整体计算。除此，当箱型转换层在整体计算中呈偏心受拉、受压时，斜柱转换空间结构中，与斜柱相连的上下梁之间也有较大的轴向力存在时，都应当考虑楼板在平面内的实际刚度，将涉及的转换板、上下层板当做弹性楼板对待。假设转换层楼板厚度为200-220mm，采取双层双向配筋，此时配筋率在每层每方向应超过0.25%。此外，还要注意模型计算的参数设置。
4结果与分析
当防烈度为7，8度时，跨度为8.0×9.0，依据表2设模型y向的主要力学指标；设防烈度在6，7，8度时，跨度为6．6×7．8～10．0×15．0，主要材料单方消耗量及工程造价在转换层构件计算结果如图1～3所示。
由图可知，使用普通混凝土的梁式转换构件的截面、质量都不较大，在6种方案中，其Y向基底剪力、转换层地震作用最大，受地震影响明显，应避免在高烈度地区使用。从6个算例观察可知，最大位移在数值差别很小，整体结构的顶点位移转几乎不受受换层结构形式影响。在烈度增加1度时，转换层需要的混凝土增加3%-5%，对钢材需求量增加13%-17%，造价增幅15%-25%。使用的混凝土、抗剪箍筋、构造腰筋也较多，在跨度从7.8-15.0m时，三者用量在6个方案中始终是最大的。转换层的造价在烈度每增加1度是增加20%-25%，在6个方案中居首位。预应力钢筋在使转换梁的抗剪承载力得到提高的同时，控制和减缓了梁裂缝的出现或开展，减少了梁高度。混凝土、钢筋消耗量在预应力钢筋混凝土梁式转换中明显小于钢筋混凝土梁式转换，单方造价随着跨度增大、烈度增加其递增量逐渐减少。将型钢用于混凝土框支柱、转换梁，使柱子和梁截面大幅减少，混凝土与钢筋用量相对减少；但大量型钢消耗量使得单方造价远高于其他转换形式，但随跨度增大、烈度提高而引起的单方造价递增量与预应力钢筋梁式转换相似。采用斜柱构件在分担部分竖向荷载的同时使转换梁跨度减小，直接、明确、路径短的竖向传力路径，减少了转换梁截面、内力，使得混凝土和钢筋用量在斜柱转换形式的转换层大幅度降低。转换层造价在烈度每增加1度，跨度不同，增幅约为11%-15%。空间装换构建由箱型转换层的肋梁与顶、底板形的整体结构组成时，相对刚度较大，使肋梁的刚度和截面抗剪承载能力提高。从计算结果来看，大部分墙段的抗剪配筋基本为构造要求，与斜柱转换、预应力钢筋混凝土梁式转换的混凝土、钢筋用量换持平，单方造价递增量在不同跨度下随烈度增加约为14%-18%。宽扁梁配筋使用量大，仅次于钢筋混凝土梁式转，主要由宽扁梁降低了梁的抗弯刚度，使梁内力较大。烈度增加时，转换层造价增加度约为12%-16%，且单方造价递增量随跨度增大逐渐增加。
5结语
上文中通过计算和对不同转换形式的转换梁进行对比分析，总结出结论和建议如下：①各种转换层结构形式中，钢桁架外包混凝土使用的混凝土最少的，需要的钢材是最多的，因此与其它转换形式相比，其造价要高出很多，工程结构属于低位、需防锈保护类时应避免采用此方法。②由于截面高度受到限制，当工程的跨度较大、荷载较重时不适合采用普通钢筋混凝土梁式转换和型钢混凝土梁式转换。③在跨度较大并且转换结构高度受到限制时，与其它形式的转换相比预应力混凝土转换其综合性能具有更大的优越性。
参考文献：
[1]JGJ138―2001型钢混凝土组合结构技术规程[S]．中国建筑工业出版社.
[2]JGJ3―2002高层建筑硅结构技术规程[S].中国建筑工业出版社.
[3]JGJ116―98建筑抗震加固技术规程[S].