向濤

摘要：相對于框架結構，剪力墻結構既可以保證結構安全可靠性，又可以使室內空間合理、墻面平整，所以高層建筑結構中越來越多地采用剪力墻結構，剪力墻的受力、變形特征，類似于框剪結構，但比框剪結構的剛度分配、內力分配更合理，結構的變形協(xié)調導致的豎向位移差別，也比框剪結構小，則傳基礎荷載更均勻、合理。

關鍵詞：高層住宅框支；剪力墻結構設計；原則

引言

局部框支剪力墻結構雖然框支部分很少，但對框支部分還應該符合部分框支剪力墻結構的，同時又不完全符合。因此，為滿足使用功能和結構抗震設計的要求，同時使剪力墻的布置和用量較為合理，結構設計工作人員任重而道遠。

1.剪力墻的概念設計

概念設計是高層建筑結構很重要的一個環(huán)節(jié)，所謂的概念設計即盡量從宏觀上要把結構的受力構件布置的均勻對稱，使受力方向作用到構件有利的一面，避免出現(xiàn)荷載應力集中及剛度偏差太大而發(fā)生樓座整體扭轉的情況。剪力墻結構常規(guī)是指墻肢截面的高度與墻體厚度的比值大于8的結構。在布置剪力墻的時候，盡量布置成“T”形，“L”形，“十”形，“I”形等連續(xù)拐彎的墻體，避免出現(xiàn)剛度偏心和扭曲，嚴格避免設置“一”字形剪力墻，因為“一”字形剪力墻的穩(wěn)定性及抗震性都很差。

1.1洞口上下對齊，連梁不能過?。?/p>

1.2角窗附近不采用“一”字形及短肢剪力墻；

1.3角窗對應的房間樓板加厚，鋼筋雙層雙向通長布置；

1.4角窗兩側的邊緣構件沿樓座通高設置約束邊緣構件等措施，總之，設置角窗需慎重對待。剪力墻結構中的連梁常規(guī)是作為高層結構中的耗能構件。剪力墻的破壞分為脆性破壞和延性破壞。脆性破壞是指剪力墻的墻肢抗剪能力不夠而發(fā)生剪切破壞，剪力墻很快喪失承載力，甚至整個樓座突然垮塌。延性破壞一般分兩種情況：一種是連梁不屈服，墻肢發(fā)生彎曲破壞，但吸收的地震能量較低，設計中應避免該情況出現(xiàn)；另一種情況是連梁屈服，梁端出現(xiàn)塑性鉸，耗散大量的地震能量，同樣通過塑性鉸來傳遞彎矩和剪力，這是一種理想的受力機制。因此，在結構設計中，必須十分注意連梁的延性要求。

2.梁式轉換層的結構設計分析

2.1抗震等級的確定

某工程轉換層以下為框架—剪力墻結構，轉換層以上為純剪力墻結構，是多種結構形式共存的復雜高層建筑，因而不能像單純的框架結構或者剪力墻結構那樣籠統(tǒng)地確定抗震等級，而應該嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范的不同章節(jié)，有針對性地分別確定結構體系各部位不同結構構件的抗震等級。該工程屬“框支剪力墻”結構，地上高度79.4m，轉換層設在三層樓面（屬高位轉換），7度抗震設防，其框支框架抗震等級為一級，加強部位剪力墻抗震等級為一級，非底部加強部位剪力墻抗震等級為二級。

2.2結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變，然而帶轉換層的結構顯然有悖于此，因此《高規(guī)》對轉換層結構的側向剛度作了專門規(guī)定。對該工程而言，屬于高位轉換，轉換層上下等效側向剛度比宜接近于1，不應大于1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來就是要強化下部，弱化上部，盡量避免出現(xiàn)薄弱層?？刹捎玫姆椒ㄓ幸韵聨追N：

2.2.1與建筑專業(yè)協(xié)商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可以在底部增設部分剪力墻（不伸上去）。這是增大底部剛度最有效的方法。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還通過與建筑專業(yè)協(xié)商，讓兩側各有一片剪力墻落地，并且北部還有一大片L型剪力墻也落地。這些措施大大增強了底部剛度。

2.2.2加大底部剪力墻厚度，減小上部剪力墻厚度，轉換層以下剪力墻厚度取為300～500mm，上部厚度取為200mm。

2.2.3底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太多。

2.2.4提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用C55混凝土。

2.3結構平面布局

工程轉換層下部為框架-剪力墻結構，體形復雜，不規(guī)則；轉換層上部為純剪力墻結構，由于建筑布置的不對稱，剪力墻的布置經(jīng)過多次試算，最后結果是質量中心與剛度中心偏差不超過1m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余部位剪力墻布置分散、均勻，且盡量沿周邊布置，以增強整體抗扭效果。查閱計算結果，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.81，各樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移與樓層平均值的比值不大于1.4，均滿足平面布置及控制扭轉的要求?？梢姽こ唐矫娌季忠?guī)則合理，抗扭效果良好。

3.結構設計中的計算和分析

3.1轉換體系的選取與計算

框支轉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鍵。由于工程轉換梁上部層數(shù)多，地震時樓板將傳遞相當大的地震力，其在平面內的變形是不可忽略的。因此采用彈性板或彈性膜的計算模型較為適宜。由于彈性板的平面外剛度在整體計算中已被計入，相當于考慮了板對梁的卸荷作用，會使梁的設計偏于不安全。在進行整體結構分析時，將轉換層樓板用彈性膜單元模擬。

3.2嵌固端與轉換層樓板板厚的確定

工程以±0.000板作為嵌固端，既保證上部結構的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結構，同時能夠保證上部結構在地震作用下的變形是以地下室為參照原點。規(guī)范中規(guī)定：當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜壳豆潭瞬课粫r，地下室結構的側向剛度與上部結構的側向剛度之比不宜小于2。故地下室頂板厚度取200mm，同時，為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻，在應力集中的樓層，將樓板厚度加大，轉換層樓板取180mm，與其相鄰的層也適當加厚至150mm。考慮抗震需要，施工圖階段時更有意提高轉換層配筋率，使單層配筋率達到0.35%，以進一步提高轉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，對邊轉換梁，板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內滿足錨固要求即可，而是要求必須貫穿梁頂截面，以確保梁內扭矩在板上的有效傳遞。

3.3框支柱與剪力墻底部加強部位墻厚的設計

框支柱作為框支剪力墻結構體系中重要的構件，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計的關鍵。框支柱應在計算的基礎上，通過概念設計和抗震措施（構造措施）進行設計。調整框支柱總剪力不小于0.3，框支柱的抗震等級定位一級，為了增加其延性，軸壓比不超過0.4，其最小配箍特征值比一級增加0.02采用，框支層剪力墻軸壓比控制在0.6以內，以保證剪力墻有足夠的剛度。

抗震設計時，剪力墻的底部加強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采取增加構造邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施，避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。針對本工程結構的特點，設計中有以下兩點特別之處。

3.4轉換層上、下結構側向剛度比的確定

工程實踐中，框支剪力墻結構體系是對結構本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側剛度，使上下剛度接近，《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》規(guī)定：需要抗震設防時，轉換層上下剛度比不應大于2，同時不應小于1。為了滿足此要求，對底部的落地芯筒及少量的落地剪力墻均予以加厚，落地芯筒周邊墻體加厚至300mm（上部為250mm），少量的落地剪力墻加厚至400mm（上部為250mm），同時轉換層以下的混凝土強度等級定位C45（上部為C35），最終大部分單元剛度比均控制在1.4左右，只有少數(shù)單元較大，但也控制在1.8以內。

由于高層結構中轉換層的出現(xiàn)，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑會有很大的改變。如何計算轉換層上、下結構側向剛度比是帶轉換層高層建筑結構設計時必須解決的主要問題。

4.結束語

總之，由于剪力墻結構簡潔、寬敞，使用功能好，為住戶 的自行改造增大了靈活性，加大了使用面積，在高層住宅中的 運用將會越來越廣泛。由于具有較好的抗震性能，且結構布置靈活、造價低、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，使我們在設計中 更加注重各方面的優(yōu)化設計，方可使結構在整體上安全合理，保證高層建筑的安全性。

參考文獻：

[1] 林紅娟. 淺談高層建筑結構的概念設計[J]. 中國高新技術企業(yè)，2008，19

[2] 馮蕓. 談小高層住宅的剪力墻設計與概念設計[J]. 陜西建筑，2009，08

[3] 班奇志. 淺談高層建筑結構概念設計及高層建筑結構體系[J]. 沿海企業(yè)與科技，2009，02