建筑框支结构工程技术

建筑框支结构工程技术（精选7篇）

建筑框支结构工程技术 篇1

摘要：在我国经济水平不断发展的今天, 众多城市都开始着手将城市建筑层数提高以达到美化城市环境和节约土地资源的目的。而正因为经济水平的提高, 随之被带动的消费水平也是水涨船升, 因此对于建筑物的要求也具是应运而生。很多高层建筑中上下两部分的结构类型是不同的, 利用这种方式能够满足用户对建筑物的不同要求, 因此在不同结构之间的转换层也随之产生。框支剪力墙则是其中一个重要的组成部分。

关键词：高层建筑,框支剪力墙,工程,结构设计

我国大部分城市的建筑物风格都有向高层发展的趋势, 而在高层建筑中由于用户的不同需要往往需要以转换层为中转达到建筑类型转换的目的, 然而转换层也有可能在一定程度上导致建筑物结构性能变化, 尤其在抗震性能上更为薄弱, 易产生安全隐患。因此在高层建筑中对于框支剪力墙等支撑结构中的重要组成部分需要更严谨的改造设计, 有针对性的对其进行强化, 从而能够保证在抗震等性能中都能有较好的表现, 防止住户的生命财产发生威胁。

1 转换层的具体应用

转换层一般应用于高层建筑中, 目前我国各大城市的高层建筑中, 往往会在建筑物的中上部分修建小开间, 在下部修建大开间, 两者的建筑结构与其分布都是截然不同的, 而转换层作为中转的建筑结构需要根据建筑物的设计进行相应的布置。高层建筑在下层的大开间的建设过程中一般在布置的时候会优先选择强度较弱的类型, 比如框架柱等, 而上层的小开间的建设则相反, 会优先选择刚度较为强的部件, 比如剪力墙等。这样的布置会产生较大的扭转效应, 并且在地震情况中会产生更加复杂的力的效应, 因此需要计算出薄弱点进行加固或者通过转换层进行框架柱和剪力墙的中转。目前我国建筑业中较为常用的手法是通过转换层将建筑物的受力点进行改变, 计算转换层的布置位置从而使建筑物上下两部分不同结构的力在发生转变的时候能够得到较好的传递。

转换层的具体布置是需要详细严谨的计算才可以实际布置, 这是因为其位置分布直接影响了建筑物整体的抗震能力, 太高或者太低都会使得转换层不能发挥最大的作用。经专家实际验证得出如下结论:转换层的位置布置在一定程度内是越低越好的, 其位置越高, 上下两层不同结构之间的作用力越是容易发生冲突, 并且与此同时还会发生结构上的刚度变化, 也就是说墙体很容易受到力的作用发生形变, 而建筑体的材料这时候也产生了较大的作用, 如果是较好的材料, 就能够承受更多的弹性形变, 能分担转换层的压力, 而较为一般的材料就很可能会在力的作用下突破弹性形变的极限从而产生裂缝等危害, 最终导致整个墙体都发生损坏, 而在建筑物中往往每一结构都是互相影响的, 如果剪力墙产生了裂缝无法正常发挥作用, 就很可能导致框架柱承受的压力也变大, 从而产生安全隐患, 甚至整个转换层的墙体都会有损伤, 而这样的建筑物在地震等自然灾害中是不能保护住户的人身安全的, 因此国家在此方面的修建理念中也作出相应的整改, 建议在高层建筑物的修建过程中, 转换层的布置工作不宜在8度以上的地区进行, 并且即使在八度的地区修建转换层也要限制在三层以内在七度以下的地区修建转换层时候可以因地制宜适当增加一些层数, 但也不宜过高。

在某些情况下建筑物必须采用高位转换的方法才能保证上下层的结构转换正常运行, 此时应该将转换层下方小开间内的结构严格控制, 实地考察其可能发生的弯曲以及轴向变形等因素, 多方因素结合考虑才能开始实际施工。

2 框支剪力墙结构设计的具体要求

建筑物的结构建设都是因地制宜的, 需要通过多方考察, 不同的工程其对建筑物的具体要求也多有不同, 在地基建设中也要加以改变, 总而言之是牵一发而动全身。例如地基的基础施工的进行与框架柱和剪力墙的布置就有很大的关系, 其布置不仅需要满足用户以及工程师和建筑公司的建设功能要求, 还需要满足国家对建筑物的具体规范才可以进行实际施工。

通常情况下布置有转换层的建筑都是将剪力墙布置在上方, 其下是局部剪力墙和框架柱的结合结构。具体如下:

2.1 垂直方向的结构布置

垂直方向上的力的作用最容易令建筑物形成相应方向的刚度变化, 而在发生地震作用的时候就很容易变为建筑物的抗震性能薄弱点, 因此对此方面要进行相应的加固工作, 与此同时在修建的时候也需要注意以下几点:

(1) 在我国出台的相关法案中规定, 高层建筑的修建工作, 要计算上下两种结构的刚度变化, 以等效的刚度为标准进行具体的施工要求。在结构的布置上也需要最优先保证下层的大空间能够有足够的延展性、刚度等特性, 一般加固工作都是针对各种物理特性进行的。

(2) 转换层的布置工作应该以简练为主, 不宜太过复杂, 因为在上下结构的力的传导过程中, 简单直接的结构往往能更好的起到疏导作用。比如在布置框架柱和剪力墙的时候就应该尽量以一条主向的方向进行传导, 如果分支过多可能就会导致建筑物的某些结构压力过大从而产生隐患, 因此需要尽量避免次级量以及更多力的方向转换。还有在剪力墙等布置过程中可能会出现竖直方向上的承载力过大的情况, 因此在此处不宜设置门洞等结构, 才能在最大程度上加固地层的剪力墙等结构部件的强度。

2.2 水平方向的结构布置

水平方向的布置应该配合整体的建设要求来设计, 具有优秀的整体性, 对于修建过程中的对称性有着极高的要求。比如在建筑中可能有一些较宽和较长等并不均匀对称的地方很可能形成地震过程中的薄弱点, 因此在其中需要设置一些伸缩缝等结构来平衡结构, 并且在地震灾害发生的时候还可以兼做抗震缝。经过实际研究表明:在高层建筑中, 一些不平衡均匀对称的地方, 在地震过程中会承受更多建筑物产生的扭转效应力, 而这时候如果不提前做相应的加固工作就会使得其结构产生严重的损害, 因此在水平方向上的对称布置是抗增强震性能的重要举措。

2.3 转换层的结构布置

(1) 转换层是位于上下两层之间的特殊结构, 它既可以看作是上层的基础结构, 又可以看作是下层的顶层结构, 因此起到了中转的作用。转换层的布置能够使得建筑物在上下两层不同结构的冲突力中得以平衡, 因此其布置是需要在对建筑整体要求以及实际建设情况有所了解的情况下才可以开始设计的特殊结构。建筑物的不同结构其中的刚度和承载力都有所不同, 而如果两种力直接接触就可能会使得建筑物发生不可逆的形变, 而转换层就是为了避免两种力直接接触而存在的, 并且转换层能够使得力的传递简单化, 不会发生多级传递从而加大建筑物的内部压力的情况。

(2) 转换层之所以具有这样的特性是因为其特殊的结构决定的, 目前我国高层建筑中使用的转换层结构大多是梁式转换结构, 其结构在力的传导方面具有非常优越的特性, 并且此项技术也已经趋近成熟, 因此能够较为稳定的设计和修建。然而梁式转换结构虽然在修建后能够较为简单的进行力的传动, 但是在修建过程中却有诸多限制, 对于建筑团队有着较高的要求, 比如在修建之前就需要对整个建筑物进行应力分析实验, 计算出建筑物中存在的各种效应力的大小, 在计算完成后还需要针对其特点进行钢筋等材料的配置, 从而最大程度加加固结构, 防止危险的发生。

(3) 具体的计算效应力的过程是通过框支剪力墙结构完成的, 这是我国较为常用的一种建筑物种的空间受力体系, (下转第35页) 并且容易将建筑物中的薄弱受力点更为形象的表现出来, 再加以结合计算机模拟软件, 就可以将建筑物的整体特征都标注出来并进行分析计算。

3 结语

我国在高层建筑的框支剪力墙结构设计的程序已经逐渐成熟, 此项技术在业界也得到了广泛的认可, 但是此结构在修建过程相当复杂导致其还有很大的进步空间。并且在除了材料的选择外, 其内部结构也可以多加整改从而提高建筑物整体的抗震性能以及各种物理特性, 最终达到令框支剪力墙结构能够更大程度上载建筑业中普及的目的。

参考文献

[1]金地, 名郡A、B塔楼超限高层建筑工程结构超限论证报告[R].中建国际 (深圳) 设计顾问有限公司, 2010.

[2]白洁, 浅谈高层建筑结构的转换层[J].山西建筑, 2007, 33 (15) :70-71.

[3]祝金标, 浅析高层建筑框支剪力墙结构的设计[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012 (36) .

[4]何江龙, 友谊阿波罗大厦框支剪力墙结构设计探讨[J].四川建材, 2009 (1) .

建筑框支结构工程技术 篇2

按有关甲方要求, 上部住宅为为了做到不露梁及柱, 采用剪力墙结构形式, 下部为满足大空间建筑功能的要求, 采用框支剪力墙结构体系。在结构方案设计阶段, 考虑了以下几个问题。

1. 竖向承重及抗侧力构件的概念设计

框支剪力墙体系是一种受力复杂、不利于抗震的结构, 在建筑结构总体设计时一般应遵循两条原则。

(1) 减少转换次数, 缩短传力途径该工程重点解决三个方面的问题。第一, 为保证结构沿竖向刚度均匀变化, 应设法争取尽可能多的上下贯通构件。结合电梯井道、消防楼梯问及电梯厅, 布置了一个中央核心简;另外, 又根据塔楼四角剪力墙分布情况, 在底部裙楼对应部位设置了落地贯通的L型加厚角墙。第二, 合理布置柱网, 使不落地剪力墙直接通过转换层托梁传给竖向承重结构, 尽量避免转换次梁及水平多级转换。该工程所有框支剪力墙直接通过转换层托梁支承在框架柱上, 实现了最短传力途径。第三, 在转换大梁底部增设了一层200 mm厚现浇楼板。这样, 该工程转换层大梁上下各有一层200 mm厚的现浇板, 形成一个2 m高的空腹箱型刚性转换层。转换大梁的侧向失稳问题及扭转问题均通过此构造措施得以解决。

(2) 加强下部框剪结构, 弱化上部剪力墙结构, 当转换层位置较高时, 根据规范附录E要求应控制转换层下部框剪结构的等效刚度 (即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度) 。结构动力时程分析表明, 随着转换层位置上移, 下部框剪结构等效刚度相对减小, 结构会在转换层以下发生明显的位移突变。

根据高层规程公式计算, 该工程转换层上下部主体结构总剪切刚度之比, 东西方向x=1.45, 南北方向x=1.25, 满足高层规程1

2. 楼面水平结构的设计

住宅标准层采用现浇肋梁楼盖。周边剪力墙连梁断面均为200×400 mm;现浇板厚100 mm;楼面梁断面最大尺寸为200×500 mm。底部大空问层亦采用现浇梁板体系, 除转换层板厚200 mm, 一层楼板厚120 mm外, 其余各层楼板均为100 mm厚。为加强转换层以下结构刚度, 除设置落地墙简外, 各层框架主梁断面和配筋也应适当加强

3. 几个构造问题

(1) 梁底加构造楼板使结构抗震性能得以保证, 但给施工带来一定难度。经与有关单位协调, 在箱形转换层每方格的下层板中央留直径800圆洞作为拆模施工洞。洞周边设封闭圆弧暗梁, 其断面200×200 mm, 上下各2φ22钢筋焊接连接, 箍筋φ10@100通长布置。由于箱形转换层无法一次浇筑完成, 必须留施工缝。为保证转换大梁的工作可靠性, 施工缝留在梁高中部, 并在施工缝处增设抗剪插筋。

(2) 转换大梁主筋及腰筋都有可能承担很大的拉力或压力, 纵向钢筋原则上不允许有接头。框支柱主筋锚入转换梁以上剪力墙内或转换层楼板中。柱纵筋均采用机构连接。

二、结构计算和分析

(1) 结构整体分析采用TAT软件并用SATWE软件进行复核, 分别按平动 (六振型) 和考虑扭转藕联振动 (十五个振型) 进行了计算。TAT采用三维薄壁杆件模型, SATWE采用三维壳元有限元模型, 分析表明, 最大扭转角位于顶层。

该工程转换梁严格来讲应按工字型截面考虑, 但为便于建模及有限元分析, 仍按矩形截面b×h=800×2 000 mm输入, 未计入上下翼缘的作用。这样处理是偏安全的。

(2) 考虑到结构竖向刚度有突变, 主体结构高度近80 m, 采用STAWE软件做了弹性时程分析。根据该工程为III类场地, 选用了主要周期与本工程场地卓越周期接近的TAF-2和LAN 1-2波, 地面运动最大加速度35 cm/s2, 相应于第1、第3周期的阻尼比取为0.05 S, 计算曲线反映出框支剪力墙结构的变形曲线是典型的弯曲形, 但在转换层附近稍有突变。楼层最大反力集中在转换层附近, 这表明转换层刚度巨大, 应力集中, 是抗震薄弱环节。楼层剪力曲线在转换层发生突变, 转换层楼板将承担很大变形。

时程分析表明, 输入TAFT波 (TAF-2) 的振动反应, 大于按薄壁杆件模型不考虑藕联的拟静力振动反应结果;而输入兰州人工波LAN1-2 (包括LAN2-2、LAN3-2) 除转换层以下稍大外, 均小于拟静力振动反应。弹性计算结果能暴露出结构容易产生薄弱的部位, 为概念设计及确定重点加强层提供了一定的理论依据。该工程参照时程分析结果, 对转换层及以下的框支层配筋均适当调整, 与转换层相邻的两层剪力墙结构及混凝土强度等级变化处上下楼层都相应加强配筋。

(3) 转换层采用与STAWE配套的FEQ软件进行了有限元分析, 计算模型取地下室至转换层以上三层。通过大量计算与SATWE整体分析结果进行对比发现, 转换梁与上部剪力墙之问存在有共同工作、部分共同工作及无共同作用三种情况。

当转换梁上为满跨剪力墙时, 有限元分析得到的梁支座和跨中弯矩值都只有薄壁杆件整体计算结果的10%~20%, 梁支座剪力前者远小于后者, 显然梁和墙共同工作, 转换梁符合偏拉构件模式。

当转换梁跨中仅立有几个小墙肢时, 相当于梁抬柱, 有限元与整体分析的结果接近, 一般后者偏大些, 显然转换梁与剪力墙没有共同工作。有限元分析表明, 梁中仍有轴力存在, 不容忽视。

转换层之上的两层剪力墙, 由于结构刚度突变, 引起内力集中, 墙肢和连梁配筋以SATWE及FEQ有限元分析的较大值作为依据, 适当放大加强。其中剪力墙竖向钢筋配筋率不小于0.5%, 水平抗剪分布筋配筋率0.4%。

三、几点设计体会

(1) 概念设计是复杂体系高层建筑结构设计的关键。在结构方案设计阶段, 应对结构体系的特点有清醒的认识, 有针对性地对结构薄弱层、薄弱部位及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握。然后借助于工程设计软件进行正确建模, 多方案对比试算, 最后制定完善的结构方案。

(2) 框支剪力墙结构是抗震不利的结构体系。设计重点应放在转换层。当转换层位置较高时应加强底部框支层的等效刚度, 防止底部位移突变。

(3) 转换梁的受力状态与上部墙体分布形式及梁支座约束情况有关。当转换梁与上部剪力墙共同工作且支座约束较强时, 梁为偏心受拉构件;对于梁抬柱或梁抬小墙肢情况, 转换梁可以为全跨偏心受压。

参考文献

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法 (第一版) [M].

建筑框支结构工程技术 篇3

某高层商住住宅, 由商业裙楼及一幢高层塔楼组成。该工程地下二层, 地上二十六层。其中两层地下室, 地下一层为车库, 地下二层为人防, 地上1至3层为商业用房, 梁式转换层设在第三层, 4层以上为剪力墙结构住宅。层高均为2.9m。本工程场地属III类软场地, 工程按地震烈度7度设防。设计风压值取0.4kN/m2。

2、建筑结构方案及布置

按有关甲方要求, 上部住宅为了做到不露梁及柱, 采用剪力墙结构形式, 下部为满足大空间建筑功能的要求, 采用框支剪力墙结构体系。在结构方案设计阶段, 考虑了以下几个问题。

1.竖向承重及抗侧力构件的概念设计

框支剪力墙体系是一种受力复杂、不利于抗震的结构, 在建筑结构总体设计时一般应遵循两条原则。

(1) 减少转换次数, 缩短传力途径。该工程重点解决三个方面的问题。第一, 为保证结构沿竖向刚度均匀变化, 应设法争取尽可能多的上下贯通构件。结合电梯井道、消防楼梯问及电梯间, 布置了一个中央核心筒;另外, 又根据塔楼四角剪力墙分布情况, 在底部裙楼对应部位设置了落地贯通的L型加厚角墙。第二, 合理布置柱网, 使不落地剪力墙直接通过转换层托梁传给竖向承重结构, 尽量避免转换次梁及水平多级转换。该工程所有框支剪力墙直接通过转换层托梁支承在框架柱上, 实现了最短传力途径。第三, 在转换大梁底部增设了一层200mm厚现浇楼板。这样, 该工程转换层大梁上下各有一层200mm厚的现浇板, 形成一个2m高的空腹箱型刚性转换层。转换大梁的侧向失稳问题及扭转问题均通过此构造措施得以解决。

(2) 加强下部框剪结构, 弱化上部剪力墙结构, 当转换层位置较高时, 根据规范附录E要求应控制转换层下部框剪结构的等效刚度 (即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度) 。结构动力时程分析表明, 随着转换层位置上移, 下部框剪结构等效刚度相对减小, 结构会在转换层以下发生明显的位移突变。从理论上讲, 如果底部框剪结构的等效刚度与同样高度剪力墙结构 (平面布置与上部剪力墙结构相同) 的等效刚度相等, 则上下两种结构体系的变形特征相近, 结构在转换层以下不会发生刚度突变。同时, 尽量弱化上部标准层剪力墙结构, 即尽量减小上部刚度, 使上下刚度相匹配, 避免转换层以下出现薄弱层。

根据高层规程公式计算, 该工程转换层上下部主体结构总剪切刚度之比, 东西方向x=1.45, 南北方向x=1.25, 满足高层规程1

2.楼面水平结构的设计

住宅标准层采用现浇肋梁楼盖。周边剪力墙连梁断面均为200mmx400mm;现浇板厚100mm;楼面梁断面最大尺寸为200mmx500mm。底部大空间层亦采用现浇梁板体系, 除转换层板厚200m m, 一层楼板厚120mm外, 其余各层楼板均为100mm厚。为加强转换层以下结构刚度, 除设置落地墙筒外, 各层框架主梁断面和配筋也应适当加强。

3.几个构造问题

(1) 梁底加构造楼板使结构抗震性能得以保证, 但给施工带来一定难度。经与有关单位协调, 在箱形转换层每方格的下层板中央留直径800圆洞作为拆模施工洞。洞周边设封闭圆弧暗梁, 其断面200mmx200mm, 上下各2φ22钢筋焊接连接, 箍筋φ10@100通长布置。由于箱形转换层无法一次浇筑完成, 必须留施工缝。为保证转换大梁的工作可靠性, 施工缝留在梁高中部, 并在施工缝处增设抗剪插筋。

(2) 转换大梁主筋及腰筋都有可能承担很大的拉力或压力, 纵向钢筋原则上不允许有接头。框支柱主筋锚入转换梁以上剪力墙内或转换层楼板中。柱纵筋均采用机构连接。

3、结构计算和分析

(1) 结构整体分析采用TAT软件并用SATWE软件进行复核, 分别按平动 (六振型) 和考虑扭转藕联振动 (十五个振型) 进行了计算。TAT采用三维薄壁杆件模型, SATWE采用三维壳元有限元模型, 分析表明, 最大扭转角位于顶层。

该工程转换梁严格来讲应按工字型截面考虑, 但为便于建模及有限元分析, 仍按矩形截面bxh=800mmx2000mm输入, 未计入上下翼缘的作用。这样处理是偏安全的。

(2) 考虑到结构竖向刚度有突变, 主体结构高度近80m, 采用STAWE软件做了弹性时程分析。根据该工程为III类场地, 选用了主要周期与本工程场地卓越周期接近的TAF-2和LAN1-2波, 地面运动最大加速度35cm/s2, 相应于第1、第3周期的阻尼比取为0.05S, 计算曲线反映出框支剪力墙结构的变形曲线是典型的弯曲形, 但在转换层附近稍有突变。楼层最大反力集中在转换层附近, 这表明转换层刚度巨大, 应力集中, 是抗震薄弱环节。楼层剪力曲线在转换层发生突变, 转换层楼板将承担很大变形。

时程分析表明, 输入T A F T波 (TAF-2) 的振动反应, 大于按薄壁杆件模型不考虑藕联的拟静力振动反应结果;而输入兰州人工波LAN1-2 (包括LAN2-2, LAN3-2) 除转换层以下稍大外, 均小于拟静力振动反应。弹性计算结果能暴露出结构容易产生薄弱的部位, 为概念设计及确定重点加强层提供了一定的理论依据。该工程参照时程分析结果, 对转换层及以下的框支层配筋均适当调整, 与转换层相邻的两层剪力墙结构及混凝土强度等级变化处上下楼层都相应加强配筋。

(3) 转换层采用与STAWE配套的FEQ软件进行了有限元分析, 计算模型取地下室至转换层以上三层。通过大量计算与SATWE整体分析结果进行对比发现, 转换梁与上部剪力墙之间存在有共同工作、部分共同工作及无共同作用三种情况。

当转换梁上为满跨剪力墙时, 有限元分析得到的梁支座和跨中弯矩值都只有薄壁杆件整体计算结果的10%~20%, 梁支座剪力前者远小于后者, 显然梁和墙共同工作, 转换梁符合偏拉构件模式。

当转换梁跨中仅立有儿个小墙肢时, 相当于梁抬柱, 有限元与整体分析的结果接近, 一般后者偏大些, 显然转换梁与剪力墙没有共同工作。有限元分析表明, 梁中仍有轴力存在, 不容忽视。

当转换梁上作用非满跨剪力墙时, 受力状态比较复杂, 对比分析表明, 梁和墙部分共同工作。设计配筋时建议应比较有限元分析结果和整体分析结果, 偏安全地取较大值。所以对框支梁不能一概认为是托梁与墙共同工作的偏拉构件。

转换层之上的两层剪力墙, 由于结构刚度突变, 引起内力集中, 墙肢和连梁配筋以SATWE及FEQ有限元分析的较大值做为依据, 适当放大加强。其中剪力墙竖向钢筋配筋率不小于0.5%, 水平抗剪分布筋配筋率0.4%。

4、几点设计体会

(1) 概念设计是复杂体系高层建筑结构设计的关键。在结构方案设计阶段, 应对结构体系的特点有清醒的认识, 有针对性地对结构薄弱层、薄弱部位及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握。然后借助于工程设计软件进行正确建模, 多方案对比试算, 最后制定完善的结构方案。

(2) 框支剪力墙结构是抗震不利的结构体系。设计重点应放在转换层。当转换层位置较高时应加强底部框支层的等效刚度, 防止底部位移突变。

(3) 转换梁的受力状态与上部墙体分布形式及梁支座约束情况有关。当转换梁与上部剪力墙共同工作且支座约束较强时, 梁为偏心受拉构件;对于梁抬柱或梁抬小墙肢情况, 转换梁可以为全跨偏心受压。

参考文献

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法 (第一版)

建筑框支结构工程技术 篇4

某高层建筑总建筑面积153000m2.其中1~4#为高层住宅、5#商业办公楼、6#办公楼及公共的地下室, 总建筑面积为144726m2其中, 2#、3#十九层, 高层住宅工程为框支剪力墙结构, 一层平面见图1所示。

主体结构层高62.3m, 地下室2层, 层高分别为3.5m, 4.7m;地上1层为居民活动空间, 高5.4m;2层~13层为住宅, 层高2.9m, 以上至屋顶层高均为3.0m。

该地区的基本风压0.4N/mm2, 抗震设防烈度7度, 场地土的特征周期0.45s, 设计基本地震加速度0.1g, 框架抗震等级为二级, 剪力墙底部加强部位抗震等级为二级, 其余部位为三级。结构的阻尼比为0.05, 水平地震影响系数最大值为0.08, 罕遇地震影响系数最大值为0.5, 地面粗糙度为C类。计算中考虑双向水平地震作用、扭转耦联影响及重力二阶效应, 并对结构的稳定性进行计算。

2.结构设计中的计算分析

2.1.转换体系的选取与计算

框支转换层楼板在地震中受力变形较大, 其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多, 地震时楼板将传递相当大的地震力, 其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入, 相当于考虑了板对梁的卸荷作用, 会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时, 将转换层楼板用弹性膜单元模拟。

2.2.嵌固端与转换层楼板厚度的确定

工程以±0.000板作为嵌固端, 既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构, 同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第6.1.14条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时, 地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm, 同时, 为了有效地将水平地震力传递给剪力墙, 在应力集中的楼层, 将楼板厚度加大, 转换层楼板取180mm, 与其相邻的层也适当加厚至150mm。

考虑抗震需要, 施工图阶段时更有意提高转换层配筋率, 使单层配筋率达到0.35%, 以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍, 宽度较宽, 对边转换梁, 板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可, 而是要求必须贯穿梁顶截面, 以确保梁内扭矩在板上的有效传递。

2.3.框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计

框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域, 这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确, 减少转换板的内力, 同时, 上下抗侧力结构对齐, 对于抵抗水平地震荷载作用, 改善转换板的复杂受力情况也是大有益处的 (详见图1) 。

框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件, 它的安全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力, 因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上, 通过概念设计和抗震措施 (构造措施) 进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30, 框支柱的抗震等级定位一级, 为了增加其延性, 轴压比不超过0.4, 其最小配箍特征值比一级增加0.02采用, 框支层剪力墙轴压比控制在0.6以内, 以保证剪力墙有足够的刚度。

抗震设计时, 剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围, 其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施, 避免脆性的剪切破坏, 改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002 (以下简称《高规》) 第7.1.9条规定:底部带转换层的高层建筑结构, 其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性, 《建筑抗震设计规范》GB50011-2002 (以下简称《抗规》) 及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中, 考虑到高层建筑结构的重要性《高规》对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点, 设计中有以下两点特别之处:

2.3.1一般情况下, 高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照《高规》7.2.2条规定取值。但对于本工程而言, 由于底部层高较大, 一般剪力墙墙厚bw取380, 但对于电梯井处剪力墙布置较多, 相对的轴力较小, 其截面按照上述方法取值则显得的不是很经济合理。因此, 针对本工程的具体设计, 剪力墙截面厚度bw适当的减少到300, 同时严格按照《高规》附录D以下公式 (1) 计算墙体的稳定。

2.3.2在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要求下, 尽量减少上部剪力墙数量, 减薄厚度, 转换层以下厚度加大, 以减少结构上部刚度, 增大下部刚度。同时, 由于转换层上下刚度的突变对上部相邻几层剪力墙造成的影响, 故而除了对转换层上相邻数层剪力墙的水平及竖向分布筋和暗柱钢筋予以加强外, 还在这些楼层中跨高比小于2的剪力墙连梁内设置交叉钢筋以增强其耗能能力。

2.4.转换层上、下结构侧向刚度比的确定

工程实践中, 框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的, 为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度, 使上下刚度接近, 《高规》规定:需要抗震设防时, 转换层上下刚度比不应大于2, 同时不应小于1。为了满足此要求, 对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚, 落地芯筒周边墙体加厚至300mm (上部为250mm) , 少量的落地剪力墙加厚至400mm (上部为250mm) , 同时转换层以下的混凝土强度等级定位C45 (上部为C35) , 最终大部分单元刚度比均控制在1.4左右, 只有少数单元较大, 但也控制在1.8以内。

由于高层结构中转换层的出现, 沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏, 力的传递途径会有很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。《高规》附录E分别规定了底部大空间层数不同, 转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度, 因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式 (2) 计算, 为了便于计算顶部位移, 可以将顶部单位水平力适当放大。

结构设计时可以应用"高层建筑结构空间有限元分析与设计软件" (SATWE) 计算转换层上、下结构的等效侧向刚度比, 具体计算步骤如下:

2.4.1采用PMCAD分别按 (图2) 建立结构计算模型1、2;

2.4.2采用SATWE前处理程序形成风荷载数据文件WIND.SAT;

2.4.3分别修改计算模型1、2的风荷载数据文件, 将顶层刚性楼板的X、Y向风荷载的X、Y轴均设置为500k N, Z轴扭转分量设置为0, 其余各层X、Y向风荷载的X、Y轴分量以及Z轴扭转分量均设置为0;

2.4.4运行SATWE中结构分析及构件内力计算程序, 求出计算模型1、2的顶部位移;

2.4.5应用公式 (2) 即可求解出转换层上、下结构的等效侧向刚度比。

通过上述方法计算得出的转换层上、下结构的等效侧向刚度比宜接近1, 非抗震设计时不应大于2, 抗震设计时不应大于1.3。

2.5.局部抗震设计

局部框支剪力墙结构的局部加强范围, 对本工程来说, 取框支部分所临近两个2~3个开间所包围的区域 (见图1中方框内的部分) 。在进行框支柱、梁内力调整时可按此调整加强部位有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外, 可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造, 如板边设暗梁、梁板配筋加强等, 以保证水平剪力传递。

建筑专业为了立面处理的需要, 希望在建筑平面的角部开窗 (见图1中圆形标注内的部分) , 墙体角部在地震作用下, 是较敏感的部位, 特别当结构平面不规则时, 由于平面的扭转, 引起内力重分布, 将使震害加剧, 使得此处的连梁分配更多的地震力, 容易产生连梁的超筋问题。因此, 需要对此处的连梁采取构造加强措施, 本工程主要采用了以下几点:

2.5.1角部开窗的墙体为无翼缘墙体, 《抗规》6.4.1条规定墙体厚度, 当无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12, 本住宅层高2.9m~3.0m, 故角部房间墙段厚度取250mm;

2.5.2由于角部墙体无翼缘, 延性较差, 应在墙体端部设置暗柱, 并适当的加强配筋。

2.5.3为了增加墙体平面外的稳定性, 可在每层楼板角部处附加钢筋板带配10Φ12mm钢筋, 两端各锚入暗柱内, 长度≥35d。楼层加强, 双层双向且均按受拉钢筋锚固于墙内和梁内, 如图3所示。

结语

实践证明, 本工程在设计中不但满足了使用功能和结构抗震设计的要求, 同时使剪力墙的布置和用量都较为合理。

摘要：本文结合工程实例, 主要就高层建筑局部框支剪力墙结构抗震设计的计算进行了具体的分析。

关键词：高层建筑,框剪结构,抗震设计,计算方法

参考文献

[1]畅君文等.盛大金磐超高层住宅框支结构设计[J].建筑结构, 2005.

[2]谢盛杰, 敖翠玲.局部框支抗震墙结构的设计[J].PKPM新天地, 2004.

部分框支剪力墙结构设计 篇5

目前, 我国建筑行业发展迅猛, 底部为商业或停车库等大空间布置、上部为普通住宅的高层建筑随处可见。这类建筑, 上部为住宅, 多为剪力墙结构;而下部大空间则要求墙尽量少, 导致部分剪力墙无法落地, 需要在上部楼层进行转换。结构转换型式的选择和转换结构构件的布置等直接关系到整个结构设计的安全和合理。本文结合某部分框支剪力墙高层建筑的结构设计, 对结构体系、结构布置、结构设计计算、抗震加强措施等进行分析和比较, 以便对类似工程设计提供参考。

2 工程概况

该项目规划总用地面积214 581.2m2, 包括住宅用地、商业用地和小学用地, 规划总建筑面积约18.3×104m2。住宅用地规划为保障性住房和商品房, 其中, 规划总建筑面积保障性住房78300m2, 商品房51004m2。保障性住房地下2层均为大底盘车库 (核6级、常6级人防) , 地上建筑分为4个单体, 地面以下单体范围内设有夹层, 地上9~11层, 规划控制高度30m。地上单体采用钢筋混凝土剪力墙结构, 地下夹层以下由于停车要求部分剪力墙不能落地而采用框支剪力墙, 纯地库部分为框架结构。本文只讨论保障房部分中自住房的结构设计。

本工程抗震设防烈度为8度 (0.20g) , 第一组, Ⅲ类场地土。结构计算嵌固端为基础, 底部加强部位为地下及地面以上2层。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) [1]和《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) [2], 转换层以下主楼及其相邻两跨结构构件抗震等级为一级, 底部加强部位的剪力墙抗震等级为一级, 非底部加强部位的剪力墙为二级, 其他纯地下室框架的抗震等级为四级。

3 结构选型及布置

本工程地下2层均为停车库, 停车位和车道均需要大空间, 为此上部单体在车库以上需要对部分剪力墙进行结构转换。转换层若设置在夹层顶 (即首层地面) , 部分转换梁和柱会突出室外地面, 建筑难以处理和接受, 最终确定将转换层设置在地下1层顶板 (即夹层地面) 。结构整体计算的嵌固端取基础, 这是因为嵌固端取夹层顶和地下1层顶均无法满足嵌固端刚度比要求。常见的转换结构型式有梁式转换、箱式转换、厚板转换、桁架式转换等, 各转换型式的优缺点比较如表1所示。根据本工程特点, 采用梁式转换, 传力明确, 施工便利, 符合绿色建筑要求。剪力墙和转换层结构平面布置见图1、图2。

结构布置时, 平面力求简单、均衡, 使得结构平面质心和刚心尽量重合, 避免或减弱扭转的不利影响。落地剪力墙的数量、位置和框支柱的布置对防止转换层下部结构在地震中倒塌起着至关重要的作用。本工程为使建筑车位达到最合理, 框支柱的位置进行了多次优化和调整。图2中上部为靠地下室外墙, 且有楼电梯间, 落地墙数量多;下侧为汽车停车位和通道, 上部剪力墙基本都不能落地, 为此在临近上部单体的车库框架柱间且不影响停车位处增设了部分剪力墙, 以满足结构整体刚度和减弱扭转效应。

竖向布置时, 主要是控制转换层上下的刚度比, 使其符合相关规范的要求。部分框支剪力墙结构, 容易形成下柔上刚, 应尽量增加转换层下部刚度, 而减弱其上部刚度。本工程转换层在地下1层, 按照《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JG3—2010) 附录E, 转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比宜接近1, 且不应小于0.5。

4 工程地质情况及基础选型

根据该项目地勘报告, 场地地形起伏较大, 但场区内无不良地质作用, 场地稳定, 地基为均匀地基。基础持力层为 (4) 层粉质黏土—重粉质黏土层或 (5) 层粉质黏土-重粉质黏土层, 地基承载力标准值取fk a=130k Pa。

经初算及分析, 主楼单体下采用CFG桩进行地基处理, 处理后的桩土复合地基可以满足建筑物承载力及沉降变形要求;纯地库区域采用天然地基。根据上部结构荷载情况及地基情况, 主楼和纯地库均采用筏板基础, 框架柱下增设柱墩以解决柱对筏板的冲切。

5 结构分析计算

本工程采用SATWE软件进行结构三维整体计算, 采用SATWE软件中的框支剪力墙有限元FEQ模块对框支框架进行补充应力分析。框支剪力墙结构计算时应注意: (1) 转换层上部的竖向构件应直接落在转换层主结构上。当结构竖向布置复杂, 框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时, 应进行应力分析, 按应力校核配筋, 并加强构造措施。框支剪力墙结构计算应采用墙 (壳) 元模型, 如SATWE、PMSAP等。 (2) “壳元”最大边长这个参数应尽量小, 这是为了使转换梁与上部剪力墙协调点多一些, 变形协调更合理。 (3) 转换梁应考虑轴向变形的影响, 所以要考虑弹性楼板, 转换梁才能计算出轴力。

SATWE整体计算主要结果如表2所示, 主要计算控制参数有位移比、层间位移比、周期比、层间刚度比、层间受剪承载力比、刚重比、剪重比等。

1) 位移比是控制结构整体抗扭特性和平面不规则的重要指标, 包含两项内容:楼层竖向构件的最大水平位移与平均水平位移的比值和楼层竖向构件的最大层间位移与平均层间位移的比值。计算位移比仅考虑墙顶、柱顶等竖向构件上节点的最大位移, 不考虑其他节点的位移。规范规定位移比按刚性楼板假定计算, 高层建筑还应考虑偶然偏心的影响。本工程位移比满足规范要求。

2) 层间位移角 (即层间最大位移与层高之比) 是控制结构整体刚度和不规则性的主要指标, 也应在刚性楼板假定的情况下计算。计算结果满足规范要求。

3) 周期比 (即结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比) 是控制结构扭转效应的重要指标, 是结构扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反应。在结构符合刚性楼板假定时, 周期比计算应在刚性楼板假定下进行。周期比不满足规范要求, 说明结构扭转效应明显, 对抗震不利, 应进行调整。周期比调整原则:结构抗侧力构件的布局均匀对称;增加结构周边的刚度;降低结构中部的刚度。本工程通过上述调整后, 周期比为0.4383/0.7169=0.6114, 满足规范要求。

4) 层间刚度比是控制结构竖向不规则性和判断薄弱层的重要指标。本工程各层刚度比均满足要求, 转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比X向为0.892 5, Y向为0.902 4, 满足《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3—2010) 附录E的要求。转换层不论刚度比是多少均应指定为薄弱层。需要注意的是, SATWE计算刚度比有剪切刚度、剪弯刚度和地震剪力与地震层间位移之比3种方法, 计算结果差异较大, 应正确选用。笔者认为, 对规范规定指定计算方法的应按规范要求, 其他的计算方法应比较后采用。

5) 层间受剪承载力比也是控制结构竖向不规则和判断薄弱层的重要指标。受剪承载力的计算与混凝土强度、实配钢筋面积等因素有关, 在SATWE计算时尚不知实配钢筋面积, 因此程序以计算配筋面积代替适配钢筋面积作计算不够真实。笔者认为, 对实际配筋与计算配筋差别较大的应校核, 其他情况可使用SATWE计算结果。本工程本层与上一层受剪承载力比X向为0.98, Y向为1.00, 均满足规范要求。

6) 剪重比是抗震设计的重要参数, 《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》中规范条文均为强条, 如不满足则说明结构有可能会出现比较明显的薄弱部位, 应调整。剪重比计算应选取足够的振型个数, 使有效质量系数大于0.9。本工程上部建筑层数不多, 剪力墙结构刚度较大, 计算的剪重比略大, 也符合要求。

7) 刚重比是结构刚度与重力荷载之比, 是控制结构整体稳定的重要指标。本工程层数少, 高宽比小, 计算刚重比X向为13.02, Y向为19.28, 均满足要求。

8) 转换梁和框支柱的地震作用应按《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》的规定进行调整, 转换梁还应考虑竖向地震作用。在SATWE计算时, 应在特殊构件定义中定义转换梁和转换柱, 否则程序不进行相关内力调整。转换梁实际设计应按考虑竖向地震和不考虑竖向地震计算结果包络设计。

6 主要抗震加强措施

本工程虽然层数不多, 但平面及竖向布置复杂, 须对主要构件采取必要的加强措施, 以达到抗震设防目标。

1) 框支框架。受限于建筑车位需求, 框支柱的位置难以调整, 且建筑层高有限, 造成部分转换梁梁端抗剪超限严重, 梁端加腋也无法解决。经过反复讨论、试验和计算, 部分框支梁采用了型钢混凝土梁, 解决了梁端抗剪超限问题。框支框架的抗震等级为一级, 框支柱轴压比限值按0.6。

2) 落地剪力墙。控制其承担的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的50%。底部加强部位的剪力墙抗震等级为一级。

3) 转换层楼板。《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.2.23条对转换层楼板有详细规定, 本工程由于有人防要求, 转换层楼板厚度为250mm, 双层双向配筋, 配筋率为0.308%。

7 结语

1) 结构设计尤其应重视概念设计, 以便确定合理的结构布置方案;

2) 结构整体计算结果应分析、比较, 调整各项主要指标符合规范要求;

3) 对结构的主要构件、薄弱部位等应采取必要的加强措施。如框支剪力墙结构中的框支框架、落地剪力墙和转换层楼板等。

摘要：详细介绍了某框支剪力墙结构的结构选型、结构布置、结构计算、计算结果分析与调整以及采取的抗震构造措施等, 可供同类结构设计参考。

关键词：框支剪力墙结构,转换层,转换结构构件,高层建筑

参考文献

[1]JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

建筑框支结构工程技术 篇6

关键词：转换层,转换梁,部分框支剪力墙,有限元

带转换层的底层大空间剪力墙结构于20世纪80年代中开始采用, 近几十年来底部带转换层的大空间剪力墙结构迅速发展, 在地震区许多工程的转换层位置已较高。但转换层位置较高时, 转换层下部的落地剪力墙及框支结构易于开裂和屈服, 转换层上部几层墙体易于破坏。本文通过一工程实例, 用Satwe和Midas Gen两种软件分析了转换梁的受力和变形。

1 工程概况

该工程为框支剪力墙结构, 地下1层, 地下室埋深4.0 m。地上30层 (含裙楼6层) , 地面以上高度为98.2 m。设梁式转换层, 位于主体的第6层, 属于高位转换。建筑抗震设防类别为丙类, 设防烈度为6度, 设计地震分组为第一组, 设计地震加速度0.05g, Ⅱ类场地。根据文献[1][2], 确定主体框架抗震等级为二级, 抗震墙三级, 框支柱、框支梁和底部加强区剪力墙均为一级。

选取的转换梁 (框支梁) 截面是1 000 mm×2 000 mm, 跨度是7.2 m, 总长度14.4 m, 由于转换层以上都是剪力墙结构的住宅, 因此转换梁共托起25层高的剪力墙。转换梁下设框支柱3根, 并且其中一根框支柱与电梯井相连, 框支柱截面大小为1 200 mm×1 200 mm, 转换梁与框支柱的混凝土强度均为C50。

2 结构建模

在Satwe有限元软件中, 将结构定义为部分框支剪力墙结构, 恒活荷载的加载方式选择模拟施工加载3, 风荷载考虑顺风向风振影响, 地震信息中结构为不规则结构, 考虑偶然偏心以及双向地震的影响。整体结构模型见图1。

Midas Gen建模时, 为便于计算与分析, 这里选取了一个住宅户型的转换结构进行分析, 整体结构模型采用混合有限元法。首先, 用Midas Gen的快速建模菜单建地面以上5层的框架结构部分, 建模时不考虑地下室的部分, 直接在地面上嵌固;然后将第6层楼面定义为转换层, 由于研究表明转换梁是一种偏心受拉构件, 转换梁和上部一层剪力墙共同受力, 因此需分析它们共同工作时的受力特征和变形值。在有限元网格划分时, 将梁、柱、墙单元网格尺寸控制在1.0 m以内, 分析表明支承转换梁的框支柱对转换梁的应力分布和内力大小影响很大, 为提高应力和内力的计算精度, 将框支柱的网格尺寸定义为0.5 m。转换结构的模型如图2所示。

3 转换梁内力分析

Satwe的特殊构件定义时, 指定第6层结构平面上托起上部25层剪力墙的梁为转换梁, 并将梁的抗震等级定义为一级。从标准构件内力简图中, 查得转换梁的正弯矩最大为8 468.5 k N·m, 负弯矩绝对值最大值为-3 928.8 k N·m, 剪力最大值为5 956.3 k N。

按文献[2]中的5.4.1式在Midas Gen中进行荷载组合, 为考虑到有限元分析的准确性, 将楼面恒载、梁的自重和活荷载等均转换为等效重力荷载, 得到的梁弯矩图如图3所示, 剪力图如图4所示。从图3中可看出转换梁最大正弯矩为8 121.8 k N·m, 负弯矩绝对值最大值为-32 457.8 k N·m。图4中转换梁剪力最大值为6 741.3 k N。

根据上面的结果, 可以得出Satwe有限元软件得出的转换梁弯矩值偏大, 而剪力值却比Midas Gen偏小。

4 结构位移分析

在高层建筑结构中应限制结构层间位移, 主要目的有两点:1) 保证主结构基本处于弹性受力状态, 对钢筋混凝土结构来讲, 要避免混凝土墙或柱出现裂缝;同时, 将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度和高度限制在规范允许范围之内。2) 保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好, 避免产生明显损伤。控制层间变形的参数有三种:即层间位移和层高之比 (层间位移角) ;有害层间位移角;区格广义层间变形。在本文中, 作者主要通过层间位移角来控制层间变形。图5是Satwe后处理图形文件中得出的在X向地震作用下的最大楼层位移为28.7 mm。图6是Midas Gen中X向地震作用下的位移变形图, 最大楼层位移为46.3 mm。因此, 在相同条件下, Midas Gen计算出来的楼层位移值比Satwe偏大。

5 结语

本文分析的在第6层转换的部分框支剪力墙结构属于复杂高层, 按照文献[1]要求应采用至少两个不同力学模型的结构分析软件进行整体分析, 而本文通过Satwe和Midas Gen对其进行分析的结果是:

1) Satwe得出的转换梁的弯矩值比Midas Gen偏大, 而剪力值却偏小。2) 水平地震作用下的楼层位移值, Satwe得出的值要比Midas Gen小。在实际工程中, 应当以两种软件得出的最不利的结果进行设计, 这样会偏于安全。

参考文献

[1]JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].

[3]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2013.

[4]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1990.

建筑框支结构工程技术 篇7

近些年高层建筑发展迅速，对建筑功能的要求也日益扩大，很多建筑集餐饮、娱乐、商场、办公、公寓于一体，致使有的建筑上下楼层使用条件完全不同，布局各异，这就出现了因上下结构形式或柱网尺寸的不同而必须设置转换层的情况。框支剪力墙结构是一种广泛应用于底部大开间上部小开间的结构，由于整体结构上下构件不连续，转换层的上部荷载通过剪力墙传给转换梁，然后再传给下部的框支柱，荷载的传递路径发生的突然改变，使得转换层的设计显得尤为重要。目前在实际工程中广泛应用的有实腹梁转换、厚板转换、桁架转换等。实腹梁转换构件截面尺寸大、自重大，且易引起转换层上、下层刚度突变，对结构抗震不利;厚板转换受力复杂，传力路径不明确，结构受力不合理;桁架转换杆件节点构造复杂，施工繁琐[1]。近几年一些其它的转换形式也逐渐被广泛应用于实际工程中，例如:斜柱转换。本文通过一工程实例对斜柱转换和实腹梁转换的计算结果进行对比分析，斜柱转换的受力、变形特点，为斜柱转换的工程应用提供理论依据。

1部分框支剪力墙结构的设计要点

1.1转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比

部分框支剪力墙结构的转换层及其以下部位为框架-剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，由于转换层上下的竖向抗侧构件不连续，使得转换层上下的刚度发生突变，转换层易形成薄弱层。《高规》[2]对结构转换部位的侧向刚度比在3.5.2条的基础上又提出了新的要求，根据转换层所设位置的不同分别采用剪切刚度比和剪弯刚度比来确定转换层与其相邻上层结构的刚度比，转换层所处的位置越高，要求越严格。当转换层位于1、2层时，采用剪切刚度比，剪切刚度与楼层的竖向抗侧力构件(柱、剪力墙)有关，不受楼层地震剪力的影响;当转换层设置在2层以上时，采用楼层的侧向刚度比和楼层的剪弯刚度比控制转换层与其相邻上层的刚度比，目前国内的一些结构设计软件都可得到这三种刚度比。此处对刚度比的严格要求可以有效地防止转换层上下的刚度相差太大，避免层间构件的内力发生突变。

1.2结构的嵌固部位

对结构底部嵌固层，《高规》[2]要求其与相邻上层的侧向刚度比采用考虑层高修正后的比值，且不宜小于1.5。有地下室的高层建筑，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下1层与首层侧向刚度比采用剪切刚度比，且不宜小于2，同时为了保证地下室顶板具有足够的平面内刚度，其厚度不宜小于180mm，且地下室必须为完整的地下室，新《抗规》中已取消了对地下室层数的要求。工程实例分析表明，地下室层数的准确确定对结构楼层的位移比会产生较大的影响。

1.3 0.2V0系数调整

在框架-剪力墙结构中，为了保证框架部分在地震作用时发挥其第二道防线的作用，框架部分承担的地震剪力不宜太小。但按结构的侧向刚度分配时，框架部分分得的剪力往往比较小，不能发挥其作为结构第二道防线的作用，因此当计算所得的框架部分的剪力太小时，需要对其按照结构底层总剪力的20%和1.5Vf,max(Vf,max为各层框架承担的地震总剪力中的最大值)中的较小值进行调整。部分框支剪力墙结构中，转换层的楼板在其平面内的刚度并不是无限大，相反会有很大的面内变形，从而导致框支柱的剪力增大，在落地的剪力墙开裂刚度下降后，框支柱的剪力也会增大。因此根据转换层的位置不同和框支柱数目的多少也应对框支柱的剪力进行调整。综上所述，对于框支剪力墙结构中的框支柱应同时考虑《高规》[2]8.1.4条和10.2.17条对框架部分地震剪力的调整。

2斜柱转换的工程应用

斜柱转换也称为斜撑转换，主要用于楼层上下柱网不一致，或需要梁托柱的结构中，一般主要应用于结构的局部转换。在这些结构中，由于上下柱子不连续，如采用梁托柱转换，竖向荷载传递不直接，转换梁的截面尺寸也需很大，影响了结构的使用功能。采用斜柱转换可以有效降低转换梁的截面尺寸，合理利用建筑空间，降低结构自重，避免转换层上下刚度发生突变，传力更直接。例如:沈阳华利广场[3]利用斜柱将上部柱子的荷载传给了核芯筒，传力更直接，同时大大减小了转换梁的截面尺寸，改善了其受力性能;福州香格里拉酒店主楼[1]利用“V”形斜柱转换将上部结构两排柱的荷载传给下部的一排柱，这种转换上、下层刚度几乎没有变化，竖向荷载传递更明确。鉴于斜柱转换的各种优势，斜柱转换也正在逐步应用于框支剪力墙结构中，但主要是针对短肢剪力墙[4]，需要研究斜柱—转换梁托剪力墙对结构整体受力、变形的影响，为工程应用打下理论基础。

3工程实例分析

3.1工程概况

本工程位于贵州省平坝县，为框支剪力墙高层住宅建筑。结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，地震基本加速度为0.05 g，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.3 k N/m2，地面粗糙度类别为B类。建筑总高度为98.35 m，地上共33层，地下为1层，作为停车场使用，地下室及地上1层带有裙房，地上1层为商铺，转换层位于地上第2层，其层高为4.2 m，作为设备层和仓库使用，3层及3层以上为剪力墙结构。转换层建筑平面见图1，建筑标准层平面见图2。

3.2斜柱在转换层的平面布置

本工程转换层层高为4.2 m，采用实腹梁转换时，转换梁的截面高度最高为2 200 mm，严重影响了结构的使用功能;同时由于转换层与其相邻上层刚度比差别很大，造成了楼层层间承载力在转换层处产生突变。为了解决以上问题，本工程考虑在不影响建筑原有使用功能的基础上，在结构的周边适量布置斜柱，以降低转换梁的高度，解决转换层上下刚度突变的问题。本工程在框支剪力墙的下部布置斜柱，斜柱的截面尺寸为450×450mm，斜柱一端与转换层中转换柱的柱脚连接，另一端与转换梁连接，转换层上部剪力墙的布置以及斜柱在转换层的布置详见图3～4。

3.3斜柱转换和实腹梁转换的结构性能对比分析

(1)结构的自振周期。

(单位:s)

由表1可知，斜柱转换和实腹梁转换的结构自振周期都满足《荷载规范》[5]T1=(0.05～0.10)n的要求，同时满足结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期的比值不大于0.85的规定。上表中斜柱转换的自振周期略大于实腹梁转换的自振周期，这是因为为了使实腹梁转换的刚度比和承载力之比满足规范规定，加厚了其落地剪

(2)结构整体水平位移。如下图5～6分别为地震和风荷载作用下结构的水平位移，B表示实腹梁转换，C表示斜柱转换，X表示X方向的位移，Y表示Y方向的位移。从图中可知斜柱转换在地震作用和风荷载作用下与实腹梁的水平位移有一定的差别，在X方向斜柱转换的水平位移小于实腹梁转换的水平位移，Y方向斜柱转换的水平位移大于实腹梁转换的水平位移，由于结构整体X方向的刚度小于Y方向的刚度，因此结构整体水平位移X方向大于Y方向。

(3)转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比。

(单位:107kN/m)

由表2可知，斜柱转换和实腹梁转换的剪切刚度比在X、Y两个方向都满足不小于0.5的要求，转换层上层二者的结构布置和剪力墙的截面尺寸没有变化，因此二者的剪切刚度变化不大。斜柱转换结构中在转换层X、Y方向布置的斜柱显著提高了转换层的剪切刚度，使转换层上下的刚度比更易满足要求，同时可以在满足框支柱和落地剪力墙轴压比的情况下减小其截面尺寸。

(4)转换梁截面高度的降低。本工程在布置斜柱的位置降低了转换梁的截面尺寸，以取得更多建筑使用空间。如表3所示列出了斜柱转换和实腹梁转换的部分转换梁截面尺寸，从中可以看出在布置斜柱之后转换梁的截面尺寸明显减小。

(单位:mm×mm)

4结论

(1)斜柱转换在结构的周期和整体水平位移方面与实腹梁转换相差甚微，能取得与实腹梁转换相同的地震反应效果。

(2)斜柱转换能明显的改善转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比，避免层间刚度突变，传力直接、明确，同时在竖向构件的轴压比满足要求的情况下可以适当的减小该竖向构件的截面尺寸。

(3)斜柱转换能降低转换梁的截面尺寸，取得更多的建筑使用空间。

摘要：本文从转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比、结构的嵌固部位以及0.2V0系数调整这三个方面,总结了框支剪力墙结构设计时应注意的问题。介绍了斜柱转换在工程中的应用,并对一实际工程分别采用斜柱转换和实腹梁转换的计算结果进行对比分析。结果表明:斜柱转换能明显改善转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比,降低转换梁的截面尺寸,节省建筑的使用空间。

关键词：框支剪力墙,斜柱转换,实腹梁转换,侧向刚度比

参考文献

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