高层建筑框支剪力墙结构的设计研究.doc

1、高层建筑框支剪力墙结构的设计研究【摘要】随着我国房地产行业的发展，人们对建筑工程的要求也越来越高。高层建筑除了需要满足人们的使用需求，还必须保证其抗震性能，这是保证高层建筑安全性和稳定性的基础。框支剪力墙结构在高层建筑中的应用广泛，本文论述了高层建筑框支剪力墙结构的布置要求、设计时的计算要点和构造要求，重点分析了内力调整的要求，以供参考。【关键词】高层建筑；框支剪力墙结构；设计 在我国建筑工程中，较为常用的框支剪力墙结构是由框支剪力墙与剪力墙筒体或落地剪力墙组成的结构体系，这种结构的底部空间较大，可满足建筑的多功能需求，在底层为车库、机房、餐厅、商店，上层为公寓、住宅、酒店等的高层综合建筑中应

2、用广泛，但这种结构在抗震设计和结构受力方面存在较大问题，例如缺乏直接的竖向力量传导、侧向结构的刚度突变，若在地震状态下，或导致构件应力集中或薄弱层变形，加之构造复杂，也增加了结构设计的难度。为了满足现代高层建筑发展的需求，框支剪力墙结构需要设置转换层，通过转换柱下部空间在建筑物下部形成较大空间。 一、框支剪力墙结构的布置要求 （一） 、平面布置 平面布置的要求是整体性良好、均衡对称、规范、简单，尽量使结构的刚度中心和荷载重合，避免扭转带来的不良影响。地震作用具有偏心影响，建筑竖向构件的层间位移与水平位移不应超过平均楼层高度的 1.2倍。某高层建筑的电梯间和楼梯间较为薄弱，在薄弱处以及建筑物两侧

3、均设置了落地剪力墙，组成落地筒体，并且在横向布置了的落地剪力墙，间距为 10.4m，保证墙体的平面布置均匀、分散。 （二） 、竖向布置 竖向布置的主要要求是对转换层刚度变化进行有效控制。为了确保大空间底部的强度、刚度、延性适合，应对转换层下部刚度进行加强，使转换层上部刚度弱化，使转换层刚度接近其上下层的变性特征，通常要求上下转换层的等效刚度比应尽量接近 1。 （三） 、框支柱和落地剪力墙的布置 第一，底部应设置落地筒体，且应对落地筒体或剪力墙底部进行加厚；第二，应保证在框支层在 12 层时，落地剪力去与框支柱的间距应小于 12m，框支层在 3 层及以上楼层时，间距应小于 10m。为了达到大空间

4、底部楼层板的刚度要求，使处在转换层上的剪力墙可将剪力传递给落地剪力墙，以降低框支柱承受的剪力；第三，应在墙体中部布置落地剪力墙的洞口；第四，不应将边门洞设置在框支剪力墙转换梁上层的墙体，也不应将门洞甚至在中柱上方；第五，不应错层布局框支层附件楼板；第六；应在剪力墙底部的加厚位置两端设置端柱或翼墙，在进行抗震设计时需设置边缘约束构件。 （四） 、转换构件布置 通常，在对转换层竖向结构进行布置时，转换层上部的抗侧力墙体应处在转换层主体结构，若竖向布置较为复杂，应保证框支主梁承托次梁及剪力墙，在应力分析的基础上，根据应力校核进行配筋，对配筋结构采取强化措施。在 B 级高度的高层建筑中，其框支剪力墙结

5、构的转换层不应使用框支主次梁。 二、框支剪力墙设计的计算要点 （一） 、一般要求 转换结构是框支剪力墙整体结构的重要组成部分，应保证其计算模型与实际情况相符，通常需要应用两个以上的力学模型，整体分析三维空间模型，比较分析计算结果。在计算基础上，通过有限元方法补充计算转换结构，根据应力要求设计校对配筋。在进行抗震计算时，应考虑扭转效应，保证振型数大于 15，且多塔楼建筑结构的振型数应大于塔楼数量的 9 倍。补充计算整体结构时，应利用弹性时程分析法，必要时可利用弹塑性动力静力分析法对薄弱部位的弹塑性变形进行验算，此外还应在重力荷载状态下对整体结构进行模拟计算。在设计 8 度抗震时，应考虑纵向地震作

6、用的影响，可利用动力时程分析法或反应谱法进行计算。（二） 、调整内力 （1）带转换层的底部薄弱层的地震剪力应与增大系数 1.15 相乘，并能够满足建筑最小剪重比的要求。 （2）根据“强剪弱弯”的原则，对框支柱弯矩、柱端梁剪力进行调整，设计框支柱剪力时应乘以增大系数，设计框支柱的弯矩时，应乘以增大系数，在此基础上，框支角柱的剪力设计值和弯矩设计值应再次乘以增加系数。 （3）对框支柱剪力进行调整，若高层建筑带转换层，在每层框支柱数量少于 10 的情况下，若为 12层框支层，框支柱承受剪力应为基底剪力的 2%，若为 3 层及以上框支层，框支柱承受剪力应为基底剪力的 3%。若每层框支柱数量超过 10，

7、则12 层框支层的框支柱承受剪力应为基底剪力的 20%，3 层及以上框支层框支柱承受的剪力应为基底剪力的 30%。 （4）调整落地剪力墙的加厚位置的剪力时，应将各截面剪力乘以增大系统，调整其他部位的弯矩时，应将各截面组合弯矩乘以增大系数。 三、框支剪力墙结构的构造要求 框支剪力墙结构的混凝土构件的强度要求如下：转换层楼板、框支柱、框支梁的强度至少为 C30，转换层下墙体混凝土强度至少为 C30，框支梁上墙体强度至少为 C20。 框支剪力墙结构的截面尺寸要求如下：（1）若进行抗震设计，框支柱的截面高度应大于框支柱跨度的 1/12，若为非抗震设计，其高度应大于 1/15；抗震设计时的截面宽度应大于

8、 450mm，非抗震设计时应大于400mm。 （2）框支梁的截面高度，在进行抗震设计时，应大于计算跨度的1/6，若为非抗震设计则应大于 1/3；其截面宽度，应大于 400mm，小于相应方向框支柱的截面宽度，且大于上墙体厚度的 2 倍。若利用加腋梁作为框支梁，则应加厚落地剪力墙。 （3）应对转换层楼板进行双向配筋，其厚度至少为 180mm，保证配筋率至少为 0.25%，在墙体内或边梁锚固楼板钢筋，且不应在落地筒体或剪力墙周围楼板开洞。应在洞口周边和楼板边缘设置边梁，其纵向配筋率至少为 0.1%，宽度应大于楼板厚度的 2倍，利用机械焊接的方法连接钢筋接头，同时需要加强邻近转换层的楼层楼板。 （4）

9、应加强剪力墙加强位置、框支柱、框支梁的配筋，保住锚固牢固。对于特一级的落地剪力墙加强位置，应在其边缘配置型钢，且将型钢向上下一层延伸；对于特一级框支柱应使用钢管混凝土或型钢混凝土支柱。 四、总结 综上所述，与剪力墙结构、框架结构或框架-剪力墙结构体系相比，框支剪力墙结构的抗震性能和受力性能均较差，尤其是转换层邻近楼层及其下部，容易受到地震作用的破坏，因此，需要加强对框支剪力墙结构的抗震设计。此外，高层建筑框支剪力墙结构的设计人员需要加强与建筑专业人员的联系，以便顺利完成设计。 参考文献： 1何传铭.某超高层部分框支剪力墙结构住宅结构设计J.建筑工程技术与设计，2014， （15）：151-152. 2蔡龙，杜宏彪，金仁和.水平地震作用下转换层上、下结构侧向刚度比对框支剪力墙结构抗震性能的影响J.工程抗震与加固改建，2012，34（01）： 1-5. 3李吉坤.转换层设置高度对框支剪力墙结构抗震性能的影响J.城市建设理论研究，2012， （08）：1-4. 4吕庆阳.浅谈住宅楼框支剪力墙结构设计J.科技传播，2010， （09）：75-77. 5张朝云.探讨建筑工程中框支剪力墙结构设计问题J.建材发展导向，2013，11（21）：25-26. 6王学艳.高层建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计分析J.建筑知识：学术刊，2013， （12）：78.