浅谈框支剪力墙结构设计.doc

1、浅谈框支剪力墙结构设计摘要：框支剪力墙设计因其底部结构有较为灵活的空间，方便建筑功能的使用，因而得到广泛应用，但其自身在结构上有很多的缺陷，需要采取一定的技术措施加以调节控制。 关键词：框支剪力墙；结构设计 中图分类号：TU318 文献标识码： A 引言 框支剪力墙是指在框架剪力墙结构（在转换层的位置）上部布置剪力墙体系，部分剪力墙应落地。一般多用于下部要求大开间，上部住宅、酒店且房间内不能出现柱角的综合高层房屋。框支-剪力墙结构抗震性能差，造价高，一般尽量避免采用。但它能满足现代建筑不同功能组合的需要，有时结构设计又不可避免地要采用此种结构形式，对此应采取措施积极改善其抗震性能，尽可能减少材

2、料消耗，以降低工程造价。 工程抗震结构概况 某工程主体高 72.00m,地下一层，地上 23 层，一二层为商铺，三层楼面为转换层。所在地区的抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组为第一组；场地类别为 II 类；场地特征周期Tg=0.35s； 按建筑类别及场地调整后确定抗震等级的地震烈度为 7 度；建筑结构的阻尼比取 5%；100 年一遇的基本风压为 0.45kNm2，地面粗糙度为 B 类。 二、结构选型 建筑功能要求地上一、二层为大空间商业，地上三层及以上为普通住宅。为满足建筑功能要求，住宅部分采用钢筋混凝土剪力墙结构，转换层为地上三层楼面。上部墙体全部落地，势必对底

3、层商铺的布置造成较大的影响，因此部分剪力墙无法落地，为满足上述要求，必须采用带转换层的建筑结构。常见的转换结构有梁式转换、箱式转换、厚板转换、桁架式转换层。结合工程实际建筑布局情况，并考虑经济指标及施工难易程度，经过技术经济比较，决定采用梁式转换层结构型式，也可称为梁式框支剪力墙结构。 三、结构计算分析与设计 3.1 结构计算模型及程序 根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010 中 5.1.12 条，对体型复杂、结构布置复杂以及 B 级高度高层建筑结构应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算， 本工程结构整体分析采用的软件：(1) PKPMSATWE 系列；(2) PKPM

4、PMSAP 系列 3.2 主要计算结果及比较与分析 3.2.1 程序使用的注意事项 1）整体分析采用刚性楼板假定，并考虑双向地震作用和偶然偏心的扭转耦联影响。 （配筋时采用非刚性楼板假定） 2）结构计算时转换构件考虑水平地震及竖向地震影响 3）结构内力计算时设定地上一、二、三层顶板为弹性膜，地上一层、二层指定为薄弱层。 4) 在程序的前处理输入“结构体系”中选取“复杂高层”体系，则指明为底部带转换层高层建筑结构，同时定义转换梁所在楼层为“转换层” 。 5) 程序平面输入时应注意人工指定框支柱、框支梁。在平面输入时应正确指定转换构件，确保程序计算时能按相关规范规定，对转换构件在水平地震作用下的计

5、算内力进行放大，对框支柱的水平地震剪力进行调整等。 6) 高层建筑混凝土结构技术规程10.2.17 条规定了带转换层的高层结构，当每层框支柱的数目少于或多于 10 根时，框支柱承受的地震剪力应相应调整。因此程序前处理应对框支柱进行 0.2Q 调整。 SATWE 计算分析表明，在考虑偶然偏心和双向地震作用下，各楼层的竖向构件的最大水平位移和层间位移均未超过本楼层平均值的 1.2 倍；地震作用规定水平力下的楼层最大位移 26.62mm, 最大位移与层平均位移的比值为 1.19。x 方向楼层最大剪力 2707.11kN ，y 方向楼层最大剪力3362.50kN，楼层最小剪重比为最小值 1.30%，有

6、效质量系数 99.6%，第一周期 2.1985s(x)，第二周期 2.1168s(y)，第三周期 1.7474s(T)，周期比 0.794；规定水平力下框支框架地震倾覆力矩百分比小于 50，转换层与上一层的侧向刚度比（剪切刚度算法）：X 方向刚度比=0.8414，Y方向刚度比=0.8927。 3.3 弹性时程分析为了校核多遇地震下上述振型分解反应谱法的计算结果，采用 SATWE 软件进行了弹性时程分析补充计算。采用两条天然波（TH1TG035,TH2TG035）与一条人工波(RH1TG035)，取各地震波的反应平均值作为弹性时程分析法的结果。计算结果如下：楼层最大位移22.2mm，楼层层间最大

7、位移与层高之比的最大值为 1/1225。x 方向楼层最大剪力 2106.5kN ，y 方向楼层最大剪力 2875.2kN。总体而言，弹性时程分析计算结果与 SATWE、PMSAP 计算结果接近。 四、抗震措施 4.1 框支柱设计 本工程框支柱抗震等级为二级，轴压比限值为 0.7。计算结果表明，所有框支柱的受力较为均匀，轴压比从 0.500.6 2，因而，框支柱的变形一致性较好。框支柱的剪力设计值乘以放大系数 1.1，剪压比控制在 0.2以内。柱内全部纵向钢筋的配筋率不小于 1.0%，箍筋沿柱全高采用不小于 12100 井字复合箍，体积配箍率均不小于 1.5%，使柱具有一定的延性，实现强剪弱弯。

8、框支柱在上部墙体范围内的纵向钢筋伸入上部墙体内一层，其余柱筋锚入转换层梁或板内锚固长度要求LaE。 4.2 剪力墙设计 尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙(不伸上去)，除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还可与建筑专业协商，在不影响建筑使用功能的前提下，增设一些上到转换层的剪力墙，增强底部刚度。落地剪力墙底部弯矩乘 1.25 放大系数，加大落地剪力墙的配筋率，墙体的水平和竖向分布筋除满足计算要求外，同时也满足 0.3 的最小配筋率的限值。底部加强区的剪力墙中按规范要求设置约束边缘构件，约束边缘构件的纵筋配筋率控制1.0%，箍筋采用 HRB400 热轧钢筋，体积配箍率控制1.

9、1%，经上述构造处理，确保了剪力墙的塑性铰出现在转换层以上。 4.3 框支梁的设计 框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，二级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于 0.40%。本项目有部分剪力墙落在转换梁梁端靠近框支柱的位置处，这段梁的剪压比较难调过，可以用梁水平加腋和钢骨梁解决这个问题。钢骨梁方案造价较高，节点难处理，经综合比较采用梁水平加腋，既经济又方便施工。转换梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋。腰筋采用 1 6，沿梁高间距不大于200mm，

10、并且应可靠锚人支座内。框支梁受剪很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余 的情况下，箍筋更应加强。箍筋不小于 12100 四肢箍全长加密，配箍率 0.75，满足高规框支梁面积含箍率不小于 1.1 ftfyv 的要求。 4.4 转换层楼板的设计 框支剪力墙结构以转换层为分界，上下两部分的内力分布规律是不同的。在上部楼层，外荷载产生的水平力大体上按各片剪力墙的等效刚度比例分配；而在下部楼层，由于框支柱与落地剪力墙间的刚度差异，水平剪力主要集中在落地剪力墙上，即在转换层处荷载分配产生突变。转换层楼板承担着完成上下部分剪力重分配的任务；并且由于转换层楼板自身平面内

11、受力很大，而变形也很大，所以转换层楼板必须有足够的刚度作保证。转换层楼板采用 C35 混凝土，厚度 180 mm。10150 钢筋双层双向整板拉通，配筋率 0.29%。另外，为了协助转换层楼板完成剪力重分配，将转换层上层楼板也适当加强，取厚度 140mm。 标准层楼板尽量做薄，降低楼板自重。 5.结语 在进行复杂的高层建筑结构体系设计时，认真分析结构的薄弱环节和技术措施，建立简洁可靠且符合实际的结构计算模型。在框支剪力墙结构的设计中，要尽量减少自重，从受力方面着手，然后尽量使布局合理、规则，再考虑实施其它的技术措施。虽然框支剪力墙结构有很多缺陷，而且耗材多，成本高，但是它在空间布置的灵活性使得在建筑市场的需求量很大。根据这一情况，在尽量避免缺陷的基础上，挖掘一些新型材料在结构上进行更加合理有效的设计，使框支剪力墙的设计应用得到更好的发展。 参考文献： 1 张瑞文.框架-剪力墙高层建筑结构优化设计研究J.山西建筑，2010，36(1):78-79 2 GB 50011-2010,建筑抗震设计规范S