部分框支剪力墙高层建筑结构.doc

1、部分框支剪力墙高层建筑结构关键词：部分框支剪力墙；高层建筑；结构 中图分类号：TU97 文献标识码： A 摘要： 改革开放到现在，经济和科学技术都取得了骄人的成绩。随着城市经济的进一步发展，高层建筑更能满足人们在生活和经济上的需要。因此，高层建筑逐渐成为城市建筑的主流趋势。一般的高层建筑的上部和下部采用不同结构的类型，这样可以使高层建筑在空间和功能上得到更大程度的利用，于是，部分框支剪力墙结构应运而生并得到了广泛应用。部分框支剪力墙结构又称为底部大空间剪力墙结构，它与框支剪力墙的区别在于：框支剪力墙为剪力墙不落地，底层全部框架，而部分框支剪力墙结构为底层为框架+部分落地剪力墙，这样更能增加底层

2、空间的使用效率，这样建筑设计风格在如今快速发展、寸土成金的大城市得到了更多的青睐。文章对部分框支剪力墙高层建筑结构的设计、布局、构造选型以及关键部位的结构设计进行分析，具有一定的借鉴意义。 绪论 部分框支剪力墙结构是现代高层建筑中常用的一种结构，具有底部大的特点，因此也被称为底部大空间剪力墙结构。从这个界定可以看出部分框支剪力墙结构通常在高层或多层剪力墙结构的底部，这种结构的设计一般是根据实际需要，为增加底部空间的使用功能而设置的。所以上层建筑的部分剪力墙不能沿用到底层，不然的话会影响底层空间的使用效率，甚至有些底层的建筑空间在设计之处就已经规划好用途。所以在建筑的设计过程中就要设计一个结构转

3、换层，通过结构转换层来减少建筑底层的压力。而转换层下面的一层，即建筑的底层则称为框支层，框支层中的贯穿上下层的墙则是剪力墙。同时，界定建筑的部分框支剪力墙结构的时候，不仅要看其抗侧刚度，还要整个结构的特点，看是不是形成了薄弱层，抗侧刚度是不是发生了突变等情况。不能仅仅依据建筑的竖向构件有没有贯通落地。 文章以广州某高层住宅楼的部分框支剪力墙结构为例进行介绍，对部分框支剪力墙结构的设计要点进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑部分框支剪力墙结构设计、选型、布局等进行了探讨。 一、工程概况 广州某高层住宅楼，采用框支剪力墙结构；地上 32 层（95.9m） ，首层二层为

4、商业，首层层高为 4.8m，二层层高 4.1m，二层以上为住宅，层高为 2.9m； 2 层地下室，为车库及设备用房，负一层层高 5.6m，负二层层高 3.8m。三层楼面设置了梁板式结构转换层，设计使用年限为 50 年，安全等级为二级，建筑物抗震设防类别为标准设防（丙） ；地震分组第一组，抗震设防烈度 7 度；基本加速度为 0.10g，场地类别为二类。 二、高层建筑结构的主要受力特点 1、轴向方面的变形由于高层建筑的竖向的负荷一般而言会比较大，因此能够在柱中带来比较大的轴向变形，进而对梁弯矩带来了很大的影响，与此同时还能够有效的影响预制构件的下料长度。从而要仔细的参考轴向变形方面的计算值，从而有

5、效的调整下料的长度。2、水平方向的荷载在一定高度范围内的高层建筑，由于其竖向的荷载一般保持不变，同时还包含风荷载和水平荷载的数值也一般保持不变，因此其会根据结构动力特性的变化而产生较大范围内的变化。3、侧移方向的控制对于高层建筑结构设计而言，测移方向的控制是高层建筑结构设计的关键。当楼房高度增加时，其水平荷载喜爱的结构侧移变形自然会跟随者建筑高度的不断增高而不断的增大。根据这方面的原因，要把水平荷载作用之下的侧移动严格的控制在一定的范围之内。4、结构上面的延展性同矮层楼房相比较，高层建筑的结构与其相比要更加柔软，因此当高层建筑遇到地震或者其它剧烈震动时，其很容易发生形变。为了有效的确保高层建筑

6、在塑形和变形的阶段中仍然能够具有比较大的强变形能力，则需要在结构设计当中使用相关措施来确保高层建筑结构的延展性。 三、部分框支剪力墙结构的设计要点分析通过上面的分析可以看出，部分框支剪力墙结构的界定是有一定的规范的，并不是所有的贯穿转换层与底层的墙面都属于部分框支剪力墙结构，还要观察整个建筑本身的特点。所以在进行部分框支剪力墙结构的设计的时候要注意以下几个要点。在对部分框支剪力墙进行设计的时候，应该减少转换，尽可能采用上下主体竖向布置的方式，以保证主体间的连续贯通。特别是在设计框架核心筒结构时，要尽量保证核心筒可以上下贯通，这样可以保证设计的安全性及可靠性。在设计时要注重统筹规划，不要将各部分

7、独立开来，各构件间的关系及布置要主次分明，传力直接，这样便于施工，同时减少识图错误的概率。而在转换层上下主体的竖向结构设计时，要尽量减小水平方向传力的影响，避免多级复杂的转换，这样可以有效地保证水平转换结构的传力比较直接。在设计的时候要加强转换层下部主体结构的刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，这样就可以有效地保证下部的大空间整体结构的稳定性，转换层上下主体结构之间的刚度及变形度也会比较接近。在部分框支剪力墙结构设计的计算阶段，最为重要的一点就是要全面而且要确保准确，如果计算及计算结果出了问题，将会严重影响整栋建筑的质量。而且要特别注意将转换结构作为整体结构的一个重要的组成，并采用正确的计算模

8、型进行计算。 四、部分框支剪力墙结构设计与布置 1、抗震等级的确定考虑地下室顶板作为嵌固部位，根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ32010)第3.9.3 条规定确定抗震等级；框支框架抗震等级为一级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位的剪力墙抗震等级为二级；地下一层抗震等级一级，地下二层抗震等级二级；整体结构仍按一般剪力墙结构采取抗震构造措施。2、转换层结构布置构件选择转换层可供选择的构件形式有梁、桁架、空腹桁架、箱形结构，斜撑、厚板等。在工程实践中，以转换梁的型式最常见，它设计和施工简单，受力明确，广泛应用于底层大空间剪力墙结构中，本工程经比较后采用了巨型梁转换层结构型式。3

9、、标准层结构布置标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减少地震作用下的扭转效应，因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时，在凸出部分的端部附近布置剪力墙，同时增强边角部位剪力墙的刚度，加大平面远端刚度结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙，用来结构控制位移，提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成 L 形、T 形，在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中，与建筑专业紧密配合，尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上，而不随便采用次梁转换标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小，混凝土强度等级由 C50 渐变至 C

10、30，剪力墙厚度由 300mm 渐变至200mm。标准层住宅在外围剪力墙局部开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，针对这一不利因素，在角窗处设置了 200mmX1200mm 的梁(上翻 600mm)，以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力；除此之外标准层外围框架梁截面设计为 200mmX550mm，内部梁根据使用净高和受荷情况而定，最高不能高于 600mm。标准层的核心筒位于平面中心，电梯间开洞使楼面有较大的削弱，结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至 150mm，并采取双层双向配筋，以加强其刚度；边角板厚 120mm 且不小于板计算跨度的 1/35，其余板厚不小于 100mm 且不小于 1/3

11、5。 五、部分框支剪力墙构造选型与布置由于建筑功能的需求，地上527 层为住宅，房屋开间较小，层高为 2.9m，地上 14 层作为办公、商业，需要较大空间，层高为 3.9m。从结构受力角度看，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，因此，结构必须进行“反常规设计” ，即上部为适应住宅小空间，布置剪力墙，下部为适应商业办公的大空间，必须使部分剪力墙不落地而以框架代之，形成上部布置刚度大的剪力墙，下部布置相当一部分刚度小的框支柱，因此就必须在四层顶设计转换构件，形成高位结构转换层。

12、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。同时转换梁构造简单、施工方便，经综合分析，较为经济合理。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进行转换。在比较分析后，本工程采用梁式转换。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

13、响较小。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，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，平稳过渡，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。 六、部分框支剪力墙关键部位结构设计 1、剪力墙设计利用 A、B 两个塔楼的核

14、心筒设置落地剪力墙作为主要的竖向抗侧力构件由于建筑高度超限采取了多种加强措施以提高剪力墙的延性：(1)增加剪力墙厚度提高混凝土强度等级等措施来提高剪力墙截面强度并严格控制其轴压比,控制罕遇地震下的基底平均剪应力水平，确保剪力墙在罕遇地震时不出现脆性的剪切破坏;(2)底部加强部位由 1 层 9 层提高至 1 层 l2层底部加强部位剪力墙配筋率提高至 0.6约束边缘构件配筋率提高至 1.82.0,配箍率提高至 2.并且考虑在核心筒剪力墙底部加强部位的约束边缘构件设置芯柱，设置范围为地下 1 层-7 层：(3)在地震荷载与风荷载作用下连梁的剪力往往很大为了防止连梁发生剪切破坏对跨高比不大于 2 的连

15、梁配置交叉暗撑或交叉斜筋并按由其承担连梁的全部剪力来计算配筋。 2、钢管混凝土柱设计由于钢管混凝土柱具有承载力高、延性好，抗震性能优越等特点，使用钢管混凝土柱作为框支柱可以极大的提高其抗震性能，并且可减小框支柱的截面增加建筑使用面积因此钢管混凝土柱被广泛应用于带转换层高层建筑中。本工程框支柱均采用受力性能较好的高强钢管混凝土柱(共 l8 根)，并考虑其以轴力的方式承担一部分倾覆力矩。由于本工程首层层高为 5.5 米二层层高为 5.0 米，SATWE 程序计算的首层 X(Y)方向层间抗侧力结构的受剪承载力与二层的受剪承载力比值分别为 0.65(O.55)。选取典型钢管混凝土柱进行构件截面抗剪承载

16、力计算，在截面、配筋、轴压力相同的情况下钢管混凝土柱的截面抗剪承载力也基本相同，因此能保证首层钢管混凝土柱的受剪承载力不小于其上一层受剪承载力的 75。 3、转换层设计 由于建筑功能的要求造成转换层的部分框支梁间接转换框支梁是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位其受力很大且受力情况相当复杂因此应设有较多的安全储备；在设计时，适当提高转换层的抗震性能要求采用中震的地震影响系数对结构作中震作用下的弹性内力分析按中震作用下的弹性内力与竖向荷载进行组合(1.0 恒荷载+0.5 活荷载+1.0 中震作用)，采用材料强度设计值，不考虑构件内力增大系数对转换梁进行强度验算，以确保转换梁在中震时处于弹性工作状态。

17、为防止转换粱受剪破坏，适当加大转换梁截面，加大梁抗剪箍筋，对部分剪力较大的转换梁内置焊接 H 型钢(Q345B)，保证钢筋混凝土转换梁的最大剪压比控制在 0.15 之内(高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32010规定的的剪比限值为 0.175)，型钢混凝土转换梁的最大剪压比控制在0.30 之内(型钢混凝土组合结构技术规程JGJ1382001 规定的剪压比限值为 0424)。转换层型钢混凝土粱截面有1000x3000、1200x3000内置 200x2200x25x25 焊接 H 型钢。同时在型钢混凝土梁梁面、梁底配置纵向受力钢筋，其梁底纵向钢筋的配筋率提高至 1.30。 结论 部分框支剪力墙结构设计中，转换层设计是非常重要的一环，因为需要通过结构转换层来减少建筑底层的压力，不然会影响建筑工程的质量，这一点需要引起重视。 参考文献 1张华浅谈高层建筑结构的转换层J山西建筑，2007，33(15)2邓肖欢高层建筑框架剪力墙结构设计应用探讨J四川建材20103刘宇之框架剪力墙结构设计中的问题J福建建筑2011