摘要：當(dāng)今社會一個典型的特點(diǎn)就是建筑越來越高，高層住宅建筑在我國越來越得到了廣泛的應(yīng)用。面對這種情況積極的探索各種結(jié)構(gòu)體系在其中的應(yīng)用有著很強(qiáng)的實(shí)際意義。本文是筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)以及工程案例，著重對框支剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅建筑抗震設(shè)計(jì)及軟件應(yīng)用情況進(jìn)行簡要介紹。以供參考。 

　　關(guān)鍵詞：框支剪力墻；側(cè)向剛度；結(jié)構(gòu)分析；抗震構(gòu)造 

　　中圖分類號：TU352 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 

　　引言 

　　部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)是由落地剪力墻或剪力墻筒體和框支柱組成的協(xié)同工作結(jié)構(gòu)體系。這類結(jié)構(gòu)類型由于底部幾層有較大的空間，能適用于各種建筑的使用功能要求。因此，廣泛應(yīng)用于底層為商店、餐廳、車庫、機(jī)房，上部為住宅、公寓、飯店、綜合樓等高層建筑。但是，這種結(jié)構(gòu)在受力上也有明顯的缺點(diǎn)：傳力不直接，結(jié)構(gòu)豎向剛度變化很大，甚至是突變，地震作用下易形成結(jié)構(gòu)薄弱層，加上構(gòu)造復(fù)雜，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來較大難度。為了滿足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，底部大空間框支剪力墻結(jié)構(gòu)可以在建筑物下部形成一層或多層的大空間，通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，用框架柱代替剪力墻以滿足建筑功能的要求。文章結(jié)合實(shí)際工程，具體的探討此類建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。 

　　1工程概況 

　　某工程項(xiàng)目總建筑面積1..4925 萬平方米。一層地下室面積3465平方米，地上一幢26層住宅,面積1.1460萬平方米，總高80.8m。地下室一層,高4.8m;地上一層為商鋪和居民活動空間, 高5.8 m; 二層為架空綠化層, 高5.4m, 三層及以上至屋頂層均為住宅，高為2.9m。該地區(qū)的基本風(fēng)壓0.65KN/ m2 , 抗震設(shè)防烈度7度,場地土的特征周期0. 45s ，設(shè)計(jì)基本地震加速度0. 10g ,結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.05 ，水平地震影響系數(shù)最大值為0.08 ，罕遇地震影響系數(shù)最大值為0.50 ，地面粗糙度為C類。剪力墻底部加強(qiáng)部位抗震等級為一級，其余部位為二級，框支框架抗震等級為一級，框架抗震等級為二級,。地下室主樓相關(guān)范圍外抗震等級為三級。計(jì)算中考慮雙向水平地震作用、扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響及重力二階效應(yīng),并對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。 

　　2 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析 

　　2. 1 轉(zhuǎn)換體系的選取與計(jì)算 

　　框支轉(zhuǎn)換層樓板在地震中受力變形較大，其在整體電算中的模型選擇很關(guān)鍵。由于工程轉(zhuǎn)換梁上部層數(shù)多，地震時(shí)樓板將傳遞相當(dāng)大的地震力，其在平面內(nèi)的變形是不可忽略的。因此在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，轉(zhuǎn)換層樓板采用彈性膜單元模擬計(jì)算。 

　　2. 2 嵌固端與轉(zhuǎn)換層樓板板厚的確定 

　　工程以±0.000 板作為嵌固端，既保證上部結(jié)構(gòu)的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠保證上部結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形是以地下室為參照原點(diǎn)�！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011 - 2010(以下簡稱《抗規(guī)》)第6.1.14 條規(guī)定:當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜壳豆潭瞬课粫r(shí)，結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度,不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍。故本工程地下室頂板厚度取200mm,同時(shí),為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻，在應(yīng)力集中的樓層,將樓板厚度加大，轉(zhuǎn)換層樓板取180mm，與其相鄰的層也適當(dāng)加厚至150mm。 

　　考慮抗震需要, 施工圖階段時(shí)轉(zhuǎn)換層樓板采用C40混凝土，更有意提高轉(zhuǎn)換層配筋率,使單層配筋率達(dá)到0.30 % ，以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換層樓板和框支大梁共同作用的能力�？紤]到梁寬大于上部剪力墻的兩倍，寬度較寬，對邊轉(zhuǎn)換梁，板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內(nèi)滿足錨固要求即可,而是要求必須貫穿梁頂截面,以確保梁內(nèi)扭矩在板上的有效傳遞。 

　　2. 3 框支柱與剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的設(shè)計(jì) 

　　框支柱基本布置于上部剪力墻對齊的下方或就近區(qū)域，這樣不僅能使豎向荷載的傳力途徑直接、明確，減少轉(zhuǎn)換板的內(nèi)力，同時(shí)，上下抗側(cè)力結(jié)構(gòu)對齊，對于抵抗水平地震荷載作用，改善轉(zhuǎn)換板的復(fù)雜受力情況也是大有益處的。框支柱作為框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系中重要的構(gòu)件，它的安全度直接決定了整棟建筑的抗震潛力，因而框支柱的延性和承載力成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。框支柱應(yīng)在計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過概念設(shè)計(jì)和抗震措施(構(gòu)造措施) 進(jìn)行設(shè)計(jì)�？蛑е目拐鸬燃壎橐患�,為了增加其延性，軸壓比不超過0.6 ，其最小配箍特征值比一級增加0.02 采用，且箍筋體積配箍率不小于1.5％�？蛑蛹袅S壓比控制在0.5 以內(nèi)，以保證剪力墻有足夠的延性�？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的底部加強(qiáng)部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內(nèi)采取增加邊緣構(gòu)件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強(qiáng)措施,避免脆性的剪切破壞,改善整個結(jié)構(gòu)的抗震性能�！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》J GJ3 -2010(以下簡稱《高規(guī)》) 第7. 1. 4 條規(guī)定:剪力墻底部加強(qiáng)部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起宜取至轉(zhuǎn)換層以上兩層且不宜小于房屋高度的1/10。為了保證底部加強(qiáng)部位處剪力墻的平面外剛度和穩(wěn)定性,《抗規(guī)》及《高規(guī)》分別規(guī)定了剪力墻底部加強(qiáng)部位墻厚的取值。其中，考慮到高層建筑結(jié)構(gòu)的重要性，《高規(guī)》對墻厚的取值更加嚴(yán)格。針對本工程結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中有以下兩點(diǎn)特別之處： 

　　(1) 一般情況下, 高層建筑結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的剪力墻厚度應(yīng)按照《抗規(guī)》6.5.1條規(guī)定取值。但對于本工程而言,由于底部層高較大,一般剪力墻墻厚bw取400 ,但對于電梯井處剪力墻布置較多,相對的軸力較小,其截面按照上述方法取值則顯得的不是很經(jīng)濟(jì)合理，并且會影響建筑使用，所以取200mm厚。 

　　(2) 在保證上部住宅剪力墻強(qiáng)度及層間位移滿足規(guī)范的前提要求下，盡量減少上部剪力墻數(shù)量，減薄厚度，轉(zhuǎn)換層以下厚度加大，以減少結(jié)構(gòu)上部剛度,增大下部剛度。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)換層上下剛度的突變對上部相鄰幾層剪力墻造成的影響，故而除了對轉(zhuǎn)換層上相鄰數(shù)層剪力墻的水平及豎向分布筋和邊緣構(gòu)件鋼筋予以加強(qiáng)外, 還在這些樓層中跨高比小于2 的剪力墻連梁內(nèi)設(shè)置交叉鋼筋以增強(qiáng)其耗能能力。 

　　2. 4 轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比的確定 

　　結(jié)構(gòu)層剛度比計(jì)算經(jīng)常需要選擇層剛度比的計(jì)算方法，《高規(guī)》附錄E給出了兩種算法： 

　　剪切剛度法――γe1＝G1A1 h2/G2A2h1，考察的是抗側(cè)力構(gòu)件的截面特性及與層高的關(guān)系，屬于近似計(jì)算方法。一般適用于剪切變形為主的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)部位，如框架結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的嵌固部位及底部大空間為一層的轉(zhuǎn)換層之上層與轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比等。 

　　剪彎剛度法――γe2＝∆2 H1/∆1H2，計(jì)算的是轉(zhuǎn)換層上部與轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比，考察的是結(jié)構(gòu)特定區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形角之間的比值，適用于結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度變化較大的特殊部位，如底部大空間層數(shù)大于一層時(shí)轉(zhuǎn)換層上、下的結(jié)構(gòu)等。同時(shí)規(guī)范要求當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在二層及以上時(shí)，按γ1＝Vi∆i+1/Vi+1∆i公式計(jì)算轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6。 

　　本工程轉(zhuǎn)換層設(shè)置在建筑三層，故采用剪彎算法計(jì)算等效側(cè)向剛度。 

　　工程實(shí)踐中，框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系是對結(jié)構(gòu)本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側(cè)剛度，使上下剛度接近,《高規(guī)》規(guī)定：需要抗震設(shè)防時(shí)，轉(zhuǎn)換層上下剛度比不應(yīng)于小于0.5，同時(shí)不應(yīng)大于1。為了滿足此要求,對底部的落地核心筒及少量的落地剪力墻均予以加厚，落地核心筒周邊墻體加厚至400mm(上部為250或200mm) ，同時(shí)轉(zhuǎn)換層以下的混凝土強(qiáng)度等級定為C50，最終剛度比均控制在1.8 左右。轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層側(cè)向剛度比為0.71>0.6滿足規(guī)范要求。 

　　2. 5 局部抗震設(shè)計(jì) 

　　局部框支剪力墻結(jié)構(gòu)的局部加強(qiáng)范圍, 對本工程來說,取框支部分所臨近2～3 個開間所包圍的區(qū)域。在進(jìn)行框支柱、梁內(nèi)力調(diào)整時(shí)可按此加強(qiáng)有關(guān)剪力墻、框支柱和梁的內(nèi)力。局部框支加強(qiáng)范圍以外,可按剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。兩者交接部分應(yīng)加強(qiáng)連接構(gòu)造, 如板邊設(shè)暗梁、梁板配筋加強(qiáng)等, 以保證水平剪力傳遞。 

　　建筑專業(yè)為了立面處理的需要, 希望在建筑平面的角部開窗。墻體角部在地震作用下，是較敏感的部位，特別當(dāng)結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則時(shí)，由于平面的扭轉(zhuǎn)，引起內(nèi)力重分布，將使震害加劇，使得此處的連梁分配更多的地震力，容易產(chǎn)生連梁的超筋問題。因此，需要對此處的連梁采取構(gòu)造加強(qiáng)措施, 本工程主要采用了以下幾點(diǎn)： 

　　(1) 角部開窗的墻體為無翼緣墻體,《抗規(guī)》6. 4. 1 條規(guī)定墻體厚度,對于一、二級抗震墻當(dāng)無端柱或翼墻時(shí)底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于層高的1/ 12 ,非底部加強(qiáng)部位不應(yīng)小于層高的1/ 16。本住宅層高2. 9m,故角部房間墻段厚度底部加強(qiáng)區(qū)取250mm，非底部加強(qiáng)區(qū)取200mm 

　　(2) 由于角部墻體無翼緣, 延性較差, 應(yīng)在墻體端部設(shè)置暗柱,并適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)配筋。 

　　(3) 為了增加墻體平面外的穩(wěn)定性, 可在每層樓板角部處附加鋼筋板帶配10Φ12mm鋼筋, 兩端各錨入暗柱內(nèi), 長度≥35d。 

　　 3.結(jié)語 

　　部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)是一受力復(fù)雜不利抗震的建筑結(jié)構(gòu)。因此，為滿足使用功能和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)使剪力墻的布置和用量較為合理,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需遵循一下的原則： 

　　減少轉(zhuǎn)換 

　　平面設(shè)計(jì)布置轉(zhuǎn)換層上下主體豎向結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意盡可能多的布置成上下主體豎向結(jié)構(gòu)連續(xù)貫通，尤其是在框架核心筒結(jié)構(gòu)中，核心筒宜上下貫通。同時(shí)應(yīng)注意盡可能使水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳力直接，避免多級復(fù)雜轉(zhuǎn)換。合理布置剪力墻的位置，使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心相接近。 

　　強(qiáng)化下部，弱化上部 

　　為保證下部大空間整體結(jié)構(gòu)有適宜的剛度、強(qiáng)度、延性和抗震能力，應(yīng)盡量強(qiáng)化轉(zhuǎn)換層下部主體剛度，弱化轉(zhuǎn)換層上部主體結(jié)構(gòu)剛度，使轉(zhuǎn)換層上下部主體結(jié)構(gòu)剛度和變形特征接近。如加厚下部剪力墻、提高混凝土強(qiáng)度等級，上部剪力墻減薄、開洞等處理。 

　　計(jì)算全面準(zhǔn)確 

　　必須將轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)作為整體結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，采用符合實(shí)際的受力變形狀態(tài)正確模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。并應(yīng)在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算后對局部特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的有效受力分析。 

　　加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震措施 

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足建筑使用要求，往往造成結(jié)構(gòu)布置不合理，設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)加強(qiáng)被削弱構(gòu)件厚度和配筋，以彌補(bǔ)建筑造成的影響。另外還有其他構(gòu)造措施如加強(qiáng)框支框架和落地墻配筋，控制軸壓比增強(qiáng)構(gòu)件延性；轉(zhuǎn)換層加大板厚和配筋率等。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　1．《抗震規(guī)范設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010 

　　2.《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ3-2002 

　　3.《高層筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ―2002）補(bǔ)充規(guī)定DBJ/T15-46-2005