探析高层建筑框支剪力墙结构设计马青

马青

上海建科建筑设计院有限公司200030

摘要：随着我国建筑技术的发展进步，带转换层的部分框支剪力墙高层建筑得到了广泛应用。本文就高层建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计进行了探讨，并结合具体工程实例对相关方面作了系统分析阐述，旨在能为类似工程提供帮助。

关键词：高层建筑；框支剪力墙；结构设计

引言

当前，时代在不断进步，建筑业热潮更偏向高层建筑。高层建筑的结构形式复杂且功能多样化，人们对高层建筑使用功能的要求也越来越高。如今很多高层结构中的部分剪力墙因底层建筑功能的要求不能落地，因此结构中常常采用框支剪力墙结构。本文就此展开论述探讨。

1.框支剪力墙的类型

框支剪力墙类型有很多种，下面就其分类进行简析：

1.1整截面墙

整截面墙是不开洞或开洞面积不大于15%的整截面剪力墙。其受力特点为整体悬臂墙，弯矩图既不突变也无反弯点。其变形特点为弯曲型变形。

1.2整体小开口墙

整体小开口墙为开洞面积大于15%但仍较小的墙。其受力特点为弯矩图在连系梁处发生突变，但在整个墙肢高度上没有或仅在个别楼层中才出现反弯点。其变形特点为以弯曲型为主。

1.3双肢墙及多肢墙

双肢墙及多肢墙为开洞较大、洞口成列布置的墙。其受力特点为与整体小开口墙相似。其变形特点为以弯曲型为主。

1.4壁式框支

壁式框支为开洞尺寸大、连梁线刚度大于或接近墙肢线刚度的墙。其受力特点为弯矩图在楼层处有突变，在大多数楼层中都出现反弯点。其变形特点为以剪切型为主。

2.高层建筑框支剪力墙结构设计要点

2.1平面布置设计

平面布置的要求是整体性良好、均衡对称、规则、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。高层建筑通常电梯间和楼梯间较为薄弱，因此应在薄弱处以及建筑物两侧设置落地剪力墙，组成落地筒体，并且在横向布置落地剪力墙，保证墙体的平面布置均匀、分散。

2.2竖向布置设计

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，转换层刚度接近其上下层的变化特征，通常要求转换层上下层的等效刚度比应尽量接近1。

2.3框支柱和落地剪力墙布置设计

（1）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；（2）应保证在框支层在1～2层时，落地剪力墙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。为了达到大空间底部楼层板的刚度要求，使转换层上部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；（3）应在墙体中部布置落地剪力墙的洞口；（4）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；（5）不应错层布置框支层附近楼板；（6）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。

2.4转换构件布置设计

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，其框支剪力墙结构的转换层不应使用框支主次梁。

3.实例探析某高层建筑的框支剪力墙结构设计

3.1工程概况

某工程位于湖南省株洲市，商住楼，地下一层，为车库；地上一~三层为商铺，层高分别为5.4m、4.5m、5.5m；三层以上均为住宅，层高3m。建筑总层数二十九层，主体高度93.4m。结构选用框支剪力墙结构体系，框支层位于四层住宅楼面。建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，抗震设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压值为0.35kN/m2（50年一遇），地面粗糙程度别为C类。

3.2结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变。然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，因此对转换层结构的侧向刚度作了专门规定。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要“强化下部，弱化上部”。可采用的方法有以下几种：

（1）与建筑专业协商，除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，使尽可能多的剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。

（2）加大底部剪力墙厚度。本工程转换层以下剪力墙中，核心筒外围部分的厚度取为400mm，核心筒以外部分墙厚度取为450mm。转换层以上标准层墙厚200~300mm。

（3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。

（4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C50混凝土。

（5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并在某些较长剪力墙中部开结构洞（结构施工完毕后再用填充墙填实），以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。

3.3转换构件设计要求

3.3.1框支柱

框支柱截面尺寸主要由轴压比控制并应满足剪压比要求。为保证框支柱具有足够延性，对其轴压比应严格控制。工程框支柱抗震等级为一级，轴压比不得大于0.6，对部分因截面尺寸较大而形成的“短柱”，不得大于0.55。柱截面延性还与配箍率有密切关系，因而框支柱的配箍率也比一般框架柱的大得多。箍筋不得小于10@100，全长加密，且配箍不得小于1.5%。框支柱为非常重要的构件，为增大安全性，对柱端剪力及柱端弯矩均要乘以相应的增大系数，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的30%。

3.3.2框支梁

框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其上墙厚的2倍，且不小于400mm；高度不小于计算跨度的1/6。本工程框支梁梁宽最小为800mm。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安全储备。框支梁在满足计算要求下，配筋率不小于0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，其支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全长贯通；由于梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋，腰筋采用直径不小于16的钢筋。本工程采用直径20的Ⅲ级钢，沿梁高间距150mm，并应可靠锚入支座内。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，箍筋进行适当加强配置。

结束语

总之，随着我国城市化进程的进一步推进，作为建筑工程设计的重要组成部分，建筑结构设计日益引起人们重视。在实际工程结构设计中，应根据工程的具体情况进行分析，同时，还要注意框支梁框支柱配筋的特殊性，充分发挥工程设计软件在建模和分析方面的优势，对不同方案进行比较研究，制定科学、完善、合理的框支剪力墙结构设计方案，为切实提高建筑工程的施工质量提供保障。

参考文献：

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