韩伟
睢宁县规划服务中心 江苏睢宁 221200
摘要：当前，随着我国社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们对建筑设计工作也有了更高的要求。建筑工程设计包含许多方面，建筑结构设计是其主角。而剪力墙结构设计作为建筑结构设计链中的重要一环，确保其建筑结构的设计质量是其必要条件。基于此，本文结合某高层框支剪力墙结构的设计为例，对梁式转换结构设计的特点和需要注意的问题进行重点分析和探讨，以期为相关工程设计结构提供一定的借鉴参考。
关键词：高层建筑；框支剪力墙；结构设计；梁式转换
剪力墙具有十分良好的抗震、抗风能力，在高层建筑中得到了广泛的应用。在设计高层建筑框支剪力墙结构过程中，不但要考虑建筑结构的需要，而且要完善结构设计的各种抗震措施。在进行结构的布置时，应严格按照规范要求，例如转换层上下结构的侧向刚度、结构在地震作用下的位移角和扭转效应等，这样能使结构布置局合理。本文主要结合某高层框支剪力墙结构的设计为例，对梁式转换结构设计的特点和需要注意的问题进行了阐述。
1 工程概况
选取某高层商住楼建筑工程项目为例，主要是由商业裙楼和高层塔楼构成，楼层分别是由 3 层 4.8m 层高地下室和地上 30 层构成，建筑高度为 103.2m。地下室主要用途为停车库和设备用房；地上 1 ～ 3层为商业用房，层高均为 4.5m；第 4 层为转换层，层高为 5.7m；5 ～ 30 层为住宅，采用剪力墙结构体系，层高均为3.0m。本工程的设计是按照 PKPM-SATWE程序进行计算，地震基本加速值和设计特征周期分别为 0.05g 和 0.35s，属于稳定建筑场地。
2 结构方案及布置
按照有关单位的要求，该高层住宅楼每层都有面积和户型不相同的 10 户。为了使建筑有效面积更大，经过多方的论证后，将对该楼采取大开间剪力墙结构。为了更好地使空间建筑功能的要求得到满足，将决定对底部 3 层的商业用房采取框支剪力墙结构体系。从结构受力角度分析，框支剪力墙结构体系不利于抗震而且受力复杂，设计时应遵守转换次数和传力途径减少的原则。在设计本工程的时候需要解决以下两项重点问题：（1）确保沿着竖向，结构刚度能够变化均匀，上下贯通构件尽可能争取多。（2）为了使不落地剪力墙能够直接通过转换层托梁，需要对裙楼柱网进行合理布置。
3 梁式转换层的结构设计要点
3.1 抗震等级的确定
鉴于框支剪力墙结构体系，其上部为纯剪力墙结构体系，下部为框架—剪力墙结构体系，因此应当结合构件对应结构体系确定出相应的抗震等级。结合本工程上部结构存在不同结构体系，需要严格按照现行规范的不同章节，有针对性地确定其抗震等级，不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统进行确定。本工程是一种“框支剪力墙”，98.7m 高度、6 度设防，框支框架、剪力墙底部加强部分和非底部加强部分等级别为二级、二级和三级。本工程框支柱和剪力墙底部加强部位等级均为一级。
3.2 结构竖向布置
高层建筑的侧向刚度比较适合上面小，下面大，不宜出现刚度突变。对于带转换层结构体系来说，较易出现刚度突变情况。结合《高层建筑结构设计规程》关于转换层结构侧向刚度要求考虑，因为本项目为高位转换结构，转换层上下等效侧向刚度比差不多达到 1。在设计过程中，一般是遵循下部强化，上部弱化的原则，同时不要出现薄弱层。其方法如下：
（1）为了使底部的刚度达到最大，可以通过沟通协商，对于剪力墙尽可能多地做到落地。一般而言，除了在底部需要设置核心筒部分剪力墙之外，还需要让两侧有一片剪力墙落地和 L 型剪力墙落在北部基础上。
（2）底部剪力墙厚度需要增大，上部的厚度需要减小，对于转换层上下剪力墙的厚度分别控制为 200mm 和 400mm 厚。
（3）为了避免底部剪力墙的刚度被削减太多，不要对其进行开洞。
（4）可以采取 C55 混凝土来增加底部柱、墙混凝土的强度等级。
3.3 结构平面布局
本项目转换层上部属于剪力墙结构体系，下部为框架剪力墙结构体系，同时由于建筑平面不对称性，因此质心和刚心会存在较大偏差。经多次分析试算，得出了最佳结构布置。通过分散均匀布置剪力墙，同时尽量先布置周边剪力墙，保证结构有较好的抗扭能力。计算结果表明，本结构的质量和刚度中心偏差在 1m 以内，以扭转为主和平动为主的第一自振周期比为 0.75，各层最大水平位移和层间位移比例不超过1.4，这些符合平面布置和控制扭转的规定。
4 结构计算和分析
使用 SATWE 软件的三维壳元有限元模型和 PMSAP 软件的墙元及杆元模型对其结构整体进行计算和复核，结构自振周期计算结构如表 1、表 2 所示。
从表 1 和表 2 中的 SATWE 和 PMSAP的计算结果可以看出，其结果都是在现行规范和工程经验合理值的范围内，表明了结构总体是合理布置的。此外，还采取了高精度平面有限元软件 FEQ 分析了复杂受力的部位的应力情况，并按照应力进行配筋设计校核，需注意以下几点事项。
（1）只能对主梁承托的框支橸进行分析。
（2）在截取计算橸的时候，为了更好地将整体分析的误差减低到最小，最好是截取全轴线。
（3）层数的截取，一般是按照框支层以上 3 层为最。
（4）在整体分析转换层结构时候，为了使 FEQ 在传递荷载时候能够更加准确，一般是选取墙元、壳元模型。
（5）FEQ 主要是为了对框支托梁配筋、剪力墙加强部分的配筋计算，其他部位、构件的配筋需要参照整体分析的结果。
表 1 SATWE 软件计算结果
5 转换构件
5.1 转换柱
依据轴压比例和剪压比的要求进行控制框支柱截面尺寸。严格控制框支柱的轴压比例，确保其具备足够延性。本工程框支柱抗震等级为一级，结合规范要求，应控制其轴压比不大于 0.6。另外对于部分柱截面较大而形成的短柱，应控制其轴压比不大于 0.55。
相比于一般的框架柱，框支柱的配箍率比较大，这是由于柱截面延性和配箍率密切相关。在本工程中，约束边缘构件配箍特征值需大于 0.2，这是考虑到个别框支柱还需作为剪力墙端柱的原因。由于框支柱是非常重要的构件，因此结合规范要求，对框支柱的柱端剪力乘以增大系数，而且还需确保每层框支柱剪力之和不小于基底剪力的 30%。
5.2 转换梁
依据剪压比的要求来控制截面尺寸，其宽度参照 2 倍的墙上厚度，一般是在 400mm 以上。工程框支框的宽度为700 ～ 800mm。在设计框支梁的时候，考虑到框支梁受力复杂，其承受着上部剪力墙传输下来的荷载，然后传输到下层框支柱。其作为上下不同结构体系传力的重要构件，需要留出更多的安全储备，并且确保有 0.5% 以上的一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率。
5.3 转换层楼板
转化层是作为框支剪力墙结构的分界层，在分界上下的两部分有着不同的内力分布规律，分别是大体上按照各片剪力墙的等效刚度比例分配外荷载产生的水平力的上部楼层和因框支柱和落地剪力墙之间存在的刚度差异，导致落地剪力墙上集中了主要的水平剪力的下部楼层，而转换层楼板作用就是对上下部分剪力进行重分配。转换层楼板是使用200mm 厚度的 C40 混凝土。此外，为了更好确保转换层楼板的剪力重分配能够顺利完成，需要适当的加厚转换层上下一层的楼板 150mm。
6 结束语
总之，在建筑结构设计的过程中，建筑的结构体系符合规范，建筑的经济价值才能显现出来。以实现建筑结构最优化为目标，在高层建筑框支剪力墙的结构设计上除了需要精准的计算，还需要对结构构件的细节进行完善。本文结合具体的工程实例，重点对其进行分析探讨，旨在为相关建筑结构设计工作提供参考，从而为提升建筑结构设计的总水平贡献力量。
参考文献
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[4]赖虹，彭敏，杜波.房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计探究 [J].住宅与房地产，2017（23）.
论文作者:韩伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/6
标签：结构论文; 剪力墙论文; 刚度论文; 结构设计论文; 建筑论文; 剪力论文; 支柱论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;