转换层设置高度对框支剪力墙结构抗震性能的影响

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摘 要：转换层是高层建筑施工中的关键环节，随着城市建设的发展，大部分高层建筑由于建筑使用要求, 主体结构都必须设计转换层。因转换层的结构复杂,其施工除要符合常规工艺特点外，还应在高度等方面采取特殊措施，用来应对可能出现的地震等自然灾害，达到稳定坚固的目的，保证施工质量。本文通过对高层建筑转换层进行简单的阐述，进而引出转换层设置对于框支剪力墙抗震性能影响研究的探讨，希望其中一些观点对行业发展有所帮助。

关键词：转换层；设置；剪力墙；抗震性能

Abstract: this paper describe the high-rise building conversion layer, then draw out the conversion layer is arranged on the frame supported shear wall seismic performance research, hope some of the views will help the development of the industry.

Key words: transition layer; set; shear wall; seismic performance

  中图分类号：TU3文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

对于高层建筑结构转换层而言，按照不同的结构转换功能可分为三种类型：①高层建筑上层与下层的结构形式不同，通过转换层完成其从上层至下层不同结构形式的变化。②高层建筑上层与下层的结构形式不变，但通过转换层完成其从上层到下层不同柱网轴线布置的变化。③通过转换层同时完成高层建筑上层与下层结构形式与柱网轴线布置的变化。

为实现高层建筑内部上、下层结构形式与柱网（或剪力墙轴线网）的变化，经常采用以下的结构转换形式：①梁式转换。②板式转换层。板的厚度一般很大，以形成厚板式承台转换层。它的下层柱网可以灵活布置，不必严格与上层结构对齐，但板很厚，自重很大，材料用量很多。由于框支－剪力墙结构上、下刚度突变，构件不连续，传力复杂，在地震作用下框 支层将产生很大的内力和塑性变形，抗震性能差，易造成震害，所以要控制好转换层的位置和高度，将转换层应力复杂，材料耗用量大，自重大，施工复杂，造价高的特点同框支－剪力墙结构充分结合，保证结构的抗震稳定性。

一、框支剪力墙结构转换层抗震设计的要点

1.1.剪力分配和和受力途径分析

如图1所示剪力在结构横向（y向）各片抗侧力结构间的分配情况，图a和图b所示的分别为转换层在位于底层和高层市时的受力途径，可以看出虽然底层框支剪力墙结构的剪力分配和传力途径虽有所突变，但是可以通过3到1层的楼板逐渐将框支剪力墙的剪力传递给落地剪力墙。但是当转换层位于7层时，剪力分配和传力途径会发生剧烈突变，使转换层上部框支结构受到的剪力比转换层下部的大好几倍，这样的间接传力途径当强震发生时是很难实现的，对于抗震十分不利。造成高层转换层抗震不利的原因主要是在设计中仅仅控制层剪切刚度比，而没有控制等效刚度。如果对转换层下部结构的等效刚度进行调整后，建立分配和受力途径将得到很大改善。

图1剪力在横向各片抗侧力结构间的分配

1.2.受力情况分析

如下图所示，为按弹性动力分析得出的结构层间位移角包络，其中图2中的7条曲线表示转换层分别位于1――7层时的层间位移包络，由图可以看出，当转换层位于底层和2――3层时层间位移角包络无明显变化；转换层位于4――7层时，层间位移角包络有明显的突变，所以根据这些规律的反复比较得出一个结论：当转换层位于3层以上时，易使框支剪力墙在转换层附近层间位移角发生突变。造成这种现象的主要原因是层间位移角包络结构设计中沿用了底层框支剪力墙抗震设计概念，仅仅控制上部剪力墙结构与下部“框支”结构的层剪切刚度比，然而当转换层位置较低时，仅仅控制刚度比是不够的，还要控制转换层下部框支结构的等效刚度（即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度），以避免转换层附近框支剪力墙结构的内力和传力途径。框支剪力墙结构可视为转换层上部的剪力墙结构与下部的框架――剪力墙结构的组合，控制转换层下部的框架――剪力墙结构的等效高度与同样高度的剪力墙结构等效刚度相等，实质上是使下部框架――剪力墙结构的变形特征及刚度与上部剪力墙结构相近，以避免转换层附近刚性框支剪力墙结构的内力和传力途径的变化。

二、转换层的高度设计

通过分析得出，转换层较高的框支剪力墙结构，落地剪力墙易产生裂缝，框支剪力墙在转换层上部所受的内力很大，易破坏，转换层下部的支撑框架也容易屈服，从而形成几个薄弱层。另外，转换层较高的框支剪力墙结构，内力分配产生急剧突变，内力的传递仅仅依靠转换层一层楼板的间接传力途径来实现是很困难的。地震作用的持续时间一般为30秒到60秒，地面运动加速度正反方向的变化一般在零点几秒之内，在如此快速的动力作用下，全部内力通过楼板的间接传力是很困难的，部分内力就通过框架剪力墙的抗侧力结构进行传输。

（一）转换层抗震高度设置

框支剪力墙结构的转换层位置较高时，由于转换层附近位移角及内力分布的急剧突变，内力的传递仅仅依靠转换层一层的楼板进行卸载是很困难的，而且对于下层的框架产生巨大的力量，容易造成开裂，因此在高烈度区（9度及9度以上）不应采用，8度区可以采用，但是需要限制转换层设置高度，可考虑不宜超过3层，7度地区可适当放宽限制。

（二）减轻转换层自重

香港地区此类建筑物较多，但它们不考虑抗震设防，而注重综合的效益，对结构经济指标控制不很严格，因此一般均采用厚板为转换层。厚板材料耗用量大，结构经济指标差，因其自身重量大，又带来地震作用大，使框支内力增大。因此在工程设计时从减轻自重出发，尽管上部剪力墙方向复杂，仍优先考虑梁系转换。梁高2m，梁宽一般为1.2m、1.5m及 1.8m。

(三)加强梁的抗扭刚度和转换梁与中筒的连接

通过一系列的计算，得出梁的扭矩比较大，配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求，因此采用部分封底，形成箱形，转换层上、下板厚均为200mm。转换梁与中筒连接处负弯矩大，钢筋锚固构造也存在问题，且转换梁断面与筒体壁厚500mm显得不很协调，故采用在转换层的高度范围筒体设置钢筋混凝土箍，以加强此处连接。

（四）采用钢纤维混凝土，提高抗震性能

为提高框支层抗震性能，提高其延性，国内已有工程采用型钢混凝土结构及配有构 造纵向钢筋及螺旋箍筋的钢筋混凝土柱。本工程框支层竖向构件包括墙和柱，采用钢纤维混凝土，1m3混凝土内钢纤维掺量为80kg，可提高抗拉强度设计值约35％，提高抗剪强度设计值约50％。除强度提高外，钢纤维混凝土与普通混凝土同时使用，不需要采取特殊的 构造措施，因此可用于设计需要加强的部位，而不需要的部位可以不用，具有较大的灵活性。例如某工程地下3层，由于地下室墙多，抗震性能较好，不必采用钢纤维混凝土，但为了有一过渡，钢纤维混凝土用于地下1层至转换层顶面的竖向构件。施工时注意钢纤维应搅拌均匀，避免结团；采用商品混凝土时，也可以委托搅拌站提供钢纤维混凝土。钢纤维混凝土用于建筑结构，目前国内尚不多见，但是由于应用的灵活性以及可提高强度改善抗震性能，其应用前景是非常广阔的。

对于具有转换层的框支－剪力墙结构抗震性能，另外还需要加强转换层上部几层墙体的强度和延性，特别是框支部的墙体，避免采用小墙肢，避免采用仅用弱连梁连接的矩形、L形和T形墙肢。合理的设置转换层的高度，采取措施积极改善其抗震性能，尽可能减少材料消耗，以降低工程造价。

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