论文部分内容阅读
摘要：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墙体结构在其中的应用有着很强的实际意义。本文结合多年设计工作经验，以实际工程为例，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。
关键词：框支剪力墙结构；结构布置；构造措施
1. 引言
由于对使用功能和美观上的要求，越来越多的高层建筑的底层经常会设计成大开间的架空层、大堂等。为了满足这种建筑使用功能的要求，结构设计时通常会设计成框支剪力墙结构。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。因此，设计时应对底部薄弱层从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。本文对框支剪力墙结构的设计及软件应用情况进行简要介绍。
1 工程简介
某住宅小区建筑面积12980m2，其中人防地下室1 层，层高4.6m，裙房2 层，层高分别为5.1m，5.4m，3 层以上为住宅，层高为3.0m。地面以上共19 层，总高 61.8m。地面以上1、2 层为商业用房，需要尽可能大的自由灵活空间，3 层以上为住宅。本工程结构设计基准周期为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，位移计算时采用50年一遇风压0.65kN/ m?，强度计算时采用100年一遇风压0.75kN/ m?。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅲ类。
2 概念设计与结构布置
本工程转换层以下为框架剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，本工程底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为二级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级。设计时从以下几个方面作为概念设计的出发点。
2.1 平面布置
平面布置应力求简单、规则、均衡对称，尽量使荷载与结构刚度中心重合，以避免或减少扭转产生的不利影响。本工程在楼梯间及电梯间较薄弱处，均布置有落地剪力墙并形成了落地筒体，在建筑物两侧也设置了落地剪力墙，并在横向布置有间距10.4m的落地剪力墙。墙体布置既分散又均匀。
2.2 竖向布置
竖向布置主要是要控制转换层上、下刚度的突变，应尽量强化转换层下部的結构侧向刚度，弱化转换层上部的结构侧向刚度，使转换层上下部的结构侧向刚度及变形特征尽量接近。经过反复调整转换层上下剪力墙布置及落地剪力墙的厚度，本工程最终计算结果，X 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.80，Y 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.95，均满足规范要求，且转换层上下部的结构的等效侧向刚度基本接近，能够
有效的缓解构件内力和变形的突变。
2.3 转换构件选择及布置
转换层是建筑物中不同结构形式相连的关键点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的“空中基础”，在整个建筑结构体系中起着至关重要的连接纽带作用。由于结构竖向传力构件的不连续，造成结构上部荷载不能直接传给下部对应构件，而是通过转换结构的内力重分配，再向下传递。因此，转换构件相当重要而且受力比较复杂，必须保证转换结构可靠有效的工作。因此，在布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上，尽量避免多级复杂转换。梁式转换受力明确，传力简洁，计算模型简单，计算软件比较成熟，而且施工方便，
因此本工程设计采用梁式转换，并且因受建筑功能限制，转换层为主次梁转换方案。这种方案由框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需承受转换次梁传给的剪力、扭矩和弯矩，并且框支主梁易发生剪切破坏。故设计时应对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。为避免框支梁上部剪力墙对框支梁产生不利的扭转影响，平面布置时剪力墙截面中心线应与框支梁截面中心线对齐，与框支柱截面中心重合。框支层周围楼板取消了原有错层布置。
6.结构计算结果
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件和PMSAP软件进行计算分析和对比。结构分析计算时，仅取主楼范围计算，裙楼不参与计算。由于SATWE与PMSAP总体计算结果比较接近，下面以SATWE计算结果为例作介绍。
本工程计算振型数为15个，计算结构显示抗震计算时的振型参与质量：X向为97.99%，Y向为99.69%，均大于90%。振型数满足要求。剪重比Qx=2.22%，Qy=2.13%。均大于1.6%，满足规范要求。计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.1977（Y方向平动系数0.96），T2=1.9356（X方向平动系数0.97）；T3=1.6537（扭转系数为0.99）。T3/T1=0.752<0.85，满足规范要求。
3构造措施
1）本工程采用的混凝土强度等级表1，均满足规范要求。
2）转换层楼板作为重要的传力构件，承担着完成上下部分剪力重分配的任务，作用不可忽视，因此必须有足够的刚度保证。设计时采用180mm 厚现浇混凝土楼板，配筋为Ф12@150 双层双向，每个方向的配筋率均为0.42%，大于规范规定的0.25% 的要求。同时，与转换层相邻楼层的楼板均予以加强，转换层以下楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф12@150 双层双向， 转换层以上楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф10@150 双层双向。
3）底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8 二者的较大值，本工程剪力墙底部加强部位取框支层加上框支层以上两层的高度，即基顶～18.170，墙体两端设有翼墙或端柱，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）设置有约束边缘构件，框支层以下落地剪力墙厚度350mm，配筋Ф12@200，配筋率大于0.3%，框支层以上底部加强部位剪力墙配筋为Ф10@200，已
适当加强。
4）由于转角窗的存在，局部整体性有较大的削弱，对结构整体抗扭不利，故采取以下加强措施：将双向悬挑边梁截面高度加高以增加连梁刚度，房间楼板加厚至130mm，并且在转角剪力墙之间设置200×130 的暗梁，形成配筋拉结板带，以增加局部整体性。
结束语
1）框支剪力墙结构应充分重视选择合适的结构转换层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
2）控制好转换层上下结构的侧向刚度比试框支剪力墙结构设计的关键问题之一，适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
3）结构刚度太大，使得结构构件地震作用变大而导致配筋量增加，照成浪费；结构刚度太小，会使结构在正常使用条件下位移偏大，影响承载力、稳定性和使用。应合理布置构件，满足刚度适宜原则，既要满足安全度要求，又要使结构具备一定的延性，改善结构的变形能力。
参考文献
1.《抗震规范设计规范》GB50011-2010
2.《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2002
3.《高层筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005
关键词：框支剪力墙结构；结构布置；构造措施
1. 引言
由于对使用功能和美观上的要求，越来越多的高层建筑的底层经常会设计成大开间的架空层、大堂等。为了满足这种建筑使用功能的要求，结构设计时通常会设计成框支剪力墙结构。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。因此，设计时应对底部薄弱层从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。本文对框支剪力墙结构的设计及软件应用情况进行简要介绍。
1 工程简介
某住宅小区建筑面积12980m2，其中人防地下室1 层，层高4.6m，裙房2 层，层高分别为5.1m，5.4m，3 层以上为住宅，层高为3.0m。地面以上共19 层，总高 61.8m。地面以上1、2 层为商业用房，需要尽可能大的自由灵活空间，3 层以上为住宅。本工程结构设计基准周期为50年，安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，位移计算时采用50年一遇风压0.65kN/ m?，强度计算时采用100年一遇风压0.75kN/ m?。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅲ类。
2 概念设计与结构布置
本工程转换层以下为框架剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，本工程底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为二级，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级。设计时从以下几个方面作为概念设计的出发点。
2.1 平面布置
平面布置应力求简单、规则、均衡对称，尽量使荷载与结构刚度中心重合，以避免或减少扭转产生的不利影响。本工程在楼梯间及电梯间较薄弱处，均布置有落地剪力墙并形成了落地筒体，在建筑物两侧也设置了落地剪力墙，并在横向布置有间距10.4m的落地剪力墙。墙体布置既分散又均匀。
2.2 竖向布置
竖向布置主要是要控制转换层上、下刚度的突变，应尽量强化转换层下部的結构侧向刚度，弱化转换层上部的结构侧向刚度，使转换层上下部的结构侧向刚度及变形特征尽量接近。经过反复调整转换层上下剪力墙布置及落地剪力墙的厚度，本工程最终计算结果，X 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.80，Y 方向转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比为0.95，均满足规范要求，且转换层上下部的结构的等效侧向刚度基本接近，能够
有效的缓解构件内力和变形的突变。
2.3 转换构件选择及布置
转换层是建筑物中不同结构形式相连的关键点，它既是下部结构的封顶，又是上部结构的“空中基础”，在整个建筑结构体系中起着至关重要的连接纽带作用。由于结构竖向传力构件的不连续，造成结构上部荷载不能直接传给下部对应构件，而是通过转换结构的内力重分配，再向下传递。因此，转换构件相当重要而且受力比较复杂，必须保证转换结构可靠有效的工作。因此，在布置转换层上下主体竖向结构时，要注意尽可能使水平转换结构传力直接，转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上，尽量避免多级复杂转换。梁式转换受力明确，传力简洁，计算模型简单，计算软件比较成熟，而且施工方便，
因此本工程设计采用梁式转换，并且因受建筑功能限制，转换层为主次梁转换方案。这种方案由框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及次梁上的剪力墙，其传力途径多次转换，受力复杂。框支主梁除承受其上部剪力墙的作用外，还需承受转换次梁传给的剪力、扭矩和弯矩，并且框支主梁易发生剪切破坏。故设计时应对框支梁进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。为避免框支梁上部剪力墙对框支梁产生不利的扭转影响，平面布置时剪力墙截面中心线应与框支梁截面中心线对齐，与框支柱截面中心重合。框支层周围楼板取消了原有错层布置。
6.结构计算结果
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件和PMSAP软件进行计算分析和对比。结构分析计算时，仅取主楼范围计算，裙楼不参与计算。由于SATWE与PMSAP总体计算结果比较接近，下面以SATWE计算结果为例作介绍。
本工程计算振型数为15个，计算结构显示抗震计算时的振型参与质量：X向为97.99%，Y向为99.69%，均大于90%。振型数满足要求。剪重比Qx=2.22%，Qy=2.13%。均大于1.6%，满足规范要求。计算基本周期及扭转因子，空间振型的周期：T1=2.1977（Y方向平动系数0.96），T2=1.9356（X方向平动系数0.97）；T3=1.6537（扭转系数为0.99）。T3/T1=0.752<0.85，满足规范要求。
3构造措施
1）本工程采用的混凝土强度等级表1，均满足规范要求。
2）转换层楼板作为重要的传力构件，承担着完成上下部分剪力重分配的任务，作用不可忽视，因此必须有足够的刚度保证。设计时采用180mm 厚现浇混凝土楼板，配筋为Ф12@150 双层双向，每个方向的配筋率均为0.42%，大于规范规定的0.25% 的要求。同时，与转换层相邻楼层的楼板均予以加强，转换层以下楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф12@150 双层双向， 转换层以上楼板的厚度为150mm 厚，配筋为Ф10@150 双层双向。
3）底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8 二者的较大值，本工程剪力墙底部加强部位取框支层加上框支层以上两层的高度，即基顶～18.170，墙体两端设有翼墙或端柱，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）设置有约束边缘构件，框支层以下落地剪力墙厚度350mm，配筋Ф12@200，配筋率大于0.3%，框支层以上底部加强部位剪力墙配筋为Ф10@200，已
适当加强。
4）由于转角窗的存在，局部整体性有较大的削弱，对结构整体抗扭不利，故采取以下加强措施：将双向悬挑边梁截面高度加高以增加连梁刚度，房间楼板加厚至130mm，并且在转角剪力墙之间设置200×130 的暗梁，形成配筋拉结板带，以增加局部整体性。
结束语
1）框支剪力墙结构应充分重视选择合适的结构转换层形式，对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计，采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
2）控制好转换层上下结构的侧向刚度比试框支剪力墙结构设计的关键问题之一，适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
3）结构刚度太大，使得结构构件地震作用变大而导致配筋量增加，照成浪费；结构刚度太小，会使结构在正常使用条件下位移偏大，影响承载力、稳定性和使用。应合理布置构件，满足刚度适宜原则，既要满足安全度要求，又要使结构具备一定的延性，改善结构的变形能力。
参考文献
1.《抗震规范设计规范》GB50011-2010
2.《高层建筑混凝土结构设计规程》JGJ3-2002
3.《高层筑混凝土结构技术规程》（JGJ—2002）补充规定DBJ/T15-46-2005