关于高层建筑底部大开间剪力墙结构的探讨.doc

1、关于高层建筑底部大开间剪力墙结构的探讨摘要：本文主要针对高层建筑底部大开间剪力墙结构从方案选取到施工图设计中的一些具体问题，重点讨论了结构选型，整体计算模型的分析，转换构件的设计与构造，最后对转换结构进行了小结。 关键词：底部大开间剪力墙结构 转换层 转换构件设计 计算模型 1 . 工程概况 位于石家庄市区的某高层，是一座综合性建筑，该高层总建筑面积103339.25m2，分 A、B、C 三区，地下两层，负二层为人防；地上二十七层（含四层裙房） ，其中地上一、二层为商铺，地上三、四层作为办公用房，地上五二十七层为住宅，结构主体高度 82.600m。 建筑物的安全等级为二级，基本风压为 0.40

2、kN/ m2，基本雪压为0.30kN/ m2，地面粗糙度为 C 类，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.10g，地震分组为第一组，场地类别为类，无沙土液化问题。 本工程结构形式为部分框支剪力墙结构，框支框架的抗震等级为一级，剪力墙的抗震等级为二级。由于四层顶设转换层，属于带高位转换层的复杂高层建筑结构，根据高规 10.2.5 条，框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级再提高一级，分别为特一级、一级。 2.构造选型与布置 由于建筑功能的需求，地上五二十七层为住宅，房屋开间较小，层高为 2.9m，地上一四层作为办公商业，需要较大开间，层高为3.9m。从结构受力

3、角度看，由于高层建筑结构下部楼层受力很大，上部楼层受力较小，结构布置理应下部刚度大，墙体多，柱网密，到上部渐渐减少墙柱数量，以扩大柱网。但建筑功能对空间要求正好相反。 目前在工程中应用转换层的主要结构形式有：梁（墙梁）式、空腹桁架式、斜杆桁架式、箱形和板式等。从结构传力方式看，梁式转换层具有传力直接、传力途径清楚的优点。结合本工程实际情况，由于上部住宅剪力墙间距长短很不规则，但下部功能为办公及商铺，空间划分可以较为灵活，对空间的开敞和完整性要求不并不十分严格。这样，落地剪力墙的位置和走向，框支柱的数量和间距，可尽量与上部剪力墙对齐，凡落在下部过道及影响功能空间正常使用的剪力墙通过框支柱转换大梁

4、进行转换。本工程柱距 36m 左右，柱网较密，转换梁的截面高度不需要过大，对净高影响较小。同时转换梁构造简单、施工方便，经综合分析，较为经济合理。故在比较分析后，本工程采用梁式转换。 由于转换层上下结构形式不同，刚度容易形成突变，对抗震不利。为了避免该情况的出现，必须与建筑专业紧密配合，通过结构计算进行反复调整、优化。一方面加大转换层以下结构刚度，保证落地剪力墙的数量，适当增加落地剪力墙的厚度；另一方面尽量减小上部墙体的刚度，如拉大上部墙体的间距，减小墙肢长度，开结构洞等措施。调整转换层上下刚度，尽量接近使其变化均匀，过渡平稳，使周期、位移等结构性能指标，控制在允许范围内。框支柱为转换梁竖向支

5、撑构件，其上部荷载大，是防止大震倒塌的重要构件。除按规范进行内力放大调整外，必须严格控制柱子的轴压比，加强纵向配筋和体积配筋率，使其具有足够的承载力和延性。 3. 整体分析 根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2002（以下简称高规）5.1.12 条，在弹性分析阶段采用了 SATWE、PMSAP 两种程序对结构进行了整体计算及分析对比。见表 1表 3 以上述比较可以看出两种计算软件分析结构是基本一致的。说明分析结果是可信的，可以作为施工图的依据。 4 转换构件的设计及构造 4.1 转换梁 本工程转换梁上部墙体分布形式大致可分为满跨和不满跨两种，除采取 SATWE、PMSAP 进行整体分析计

6、算外，还采用 FEQ 对其进行局部有限元的计算。 以一根截面为 700mmx1300mm、跨度为 3700mm 的上部墙体满跨的框支梁为例。SATWE 的计算结果是上部纵筋面积为 25cm2，下部纵筋面积为 47 cm2，箍筋面积为 9.0 cm2；FEQ 的计算结果是梁为对称配筋，一边纵筋面积为 42 cm2，箍筋面积为 16.0 cm2。结果表明：对于上部墙体满跨的框支转换梁，用有限元程序 FEQ 局部分析计算的转换梁内力与SATWE、PMSAP 整体分析计算的结果是有差异的。墙与转换梁作为一个整体共同受力变形，类似于深梁或带拉杆拱的受力。转换梁位于整体弯曲的受拉翼缘，转换梁中就会出现轴向

7、拉力。同时拱的传力作用，使得上部墙体的竖向荷载，传到转换梁上部一定高度时，开始以斜向荷载的形式向梁的端部集中，越接近转换梁，倾角越大，形成拉力区，使转换梁弯矩减少、轴向拉力增大。 4.2 框支柱 框支柱的截面主要取 800mm800mm900mm900mm。为了提高构件在地震作用下的延性和耗能能力，以及考虑到“强剪弱弯”的原则，本工程框支柱的轴压比控制在 0.5 以内。大部分框支柱剪跨比控制到大于2.0，短柱控制到大于 1.5。由于层高受限，个别短柱 1.5，设芯柱予以加强。 4.3 落地剪力墙 落地剪力墙厚度 250mm400mm，落地剪力墙百分比 41%，根据高规10.2.5 条，剪力墙底

8、部加强部位的抗震等级提高一级，为一级。 高规10.2.15 条，剪力墙底部加强部位墙体水平和竖向分布筋配筋率不小于 0.3%；抗震6.2.11 条，一级落地抗震墙底部加强部位拉筋直径不小于 8mm，水平和竖向间距分别不大于该方向分布筋间距两倍和 400 的较小值；高规10.2.6 条，特一、一、二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数 1.8，1.5，1.25。采取以上措施以确保剪力墙的塑性铰出现在转换层以上。 4.4 框支梁上一层墙体 框支梁墙体加强区范围内配筋按照高规10.2.13 条。当转换梁承托上部墙体满跨不开洞口时，转换梁与上部墙体共同作用工作，受力特征与破坏形态表现为深梁，上一层墙体应力较大，设计时应注意加强。 5. 结语 由于转换梁的截面尺寸往往很大，处理不好有可能使转换梁与框支柱形成的框架出现“强梁弱柱”的现象，对结构抗震不利；另外，由于设置了转换层沿建筑高度方向结构刚度的均匀性受到很大破坏，力的传递途径有很大的改变。因此，我们在设计中对转换结构一定要特殊分析和计算，运用概念设计处理好上述关键构件和节点，对于出现的许多新问题需要我们进一步研究。 参考文献： 1唐兴荣 高层建筑转换层结构设计与施工 中国建筑工业出版社，2002 年 2林树枝 高层建筑结构工程实践 中国建筑工业出版社，2006 年