包勇其

（江蘇亞鼎建筑裝飾工程有限公司 江蘇泰州 225300）

【摘要】近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，房屋建筑的結(jié)構(gòu)形式也變得越來(lái)越復(fù)雜。框支剪力墻結(jié)構(gòu)作為一種新的結(jié)構(gòu)體系在城市建設(shè)中越來(lái)越多，它是將剪力墻結(jié)構(gòu)體系與框支轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)體系相結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)布置形式。本文主要對(duì)房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】房屋建筑；轉(zhuǎn)換層框；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

一、框支剪力墻結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題

帶有轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)，由于轉(zhuǎn)換層的設(shè)置，使結(jié)構(gòu)沿樓層高度豎向抗側(cè)剛度有較大的變化，同時(shí)結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件的不連續(xù)、結(jié)構(gòu)底部墻、柱截面尺寸的變化導(dǎo)致框支剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性不同于一般的結(jié)構(gòu)是屬于傳力不直接，受力復(fù)雜的不規(guī)則結(jié)構(gòu)?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)在外荷載作用下由于轉(zhuǎn)換構(gòu)件一般尺寸和配筋量較大，結(jié)構(gòu)整體剛度在該處發(fā)生突變，很容易形成薄弱層出現(xiàn)應(yīng)力集中和變形集中。特別是近些年來(lái)，隨著框支結(jié)構(gòu)體系的廣泛應(yīng)用，轉(zhuǎn)換層位置的設(shè)置越來(lái)越高，由原來(lái)結(jié)構(gòu)的底層或二層變化到三至六層，有的工程甚至設(shè)在七至十層，甚至更高。帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)由于轉(zhuǎn)換梁上面存在大量質(zhì)量，而下面是空礦樓層，在地震力作用下底部框架結(jié)構(gòu)剛度較小導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力及抗側(cè)能力不足而引起局部發(fā)生破壞，甚至導(dǎo)致整棟建筑物的倒塌尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較高時(shí)，結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層附近更易形成一些薄弱部位，地震作用時(shí)在轉(zhuǎn)換層處引起結(jié)構(gòu)局部變形集中和能量聚集?？梢哉f(shuō)，抗震性能差是該類(lèi)結(jié)構(gòu)最突出的弊端。

二、轉(zhuǎn)換層的類(lèi)型

2.1大梁式轉(zhuǎn)換層

梁式轉(zhuǎn)換層比較廣泛的應(yīng)用于適用于大部分帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)中。其優(yōu)點(diǎn)為傳力途徑清晰，受力明確，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，施工方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等，缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)換梁截面尺寸有時(shí)過(guò)大，自重過(guò)大，材料消耗大，使轉(zhuǎn)換層整層不能具有很好的空間利用性。

2.2厚板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

厚板式的轉(zhuǎn)換層一般用于上部剪力墻布置復(fù)雜，上、下軸線(xiàn)錯(cuò)開(kāi)較多，用轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)難以直接承托等情況。厚板式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為讓上下層的軸網(wǎng)關(guān)系變換清晰，靈活布置。缺點(diǎn)為使得轉(zhuǎn)換層上下的傳力途徑變的模糊，受力不明確，自重大，材料耗費(fèi)嚴(yán)重，使用范圍受限制。

2.3箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的主要傳力構(gòu)件也為托梁，但是上下層的板厚較大，就與其中的托梁一起承擔(dān)上下力的傳遞，形成了箱型模型，適用于轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)使用。箱型轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)為傳力途徑清晰明確，轉(zhuǎn)換層整體剛度大，可以避免梁式轉(zhuǎn)換層幵大洞的問(wèn)題等。缺點(diǎn)是，造價(jià)較高，形式復(fù)雜。

2.4析架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

當(dāng)?shù)撞靠臻g軸網(wǎng)柱距較大時(shí)，轉(zhuǎn)換梁高度常達(dá)到樓層的整個(gè)高度，而又不能開(kāi)洞，因而該層無(wú)法利用，采用術(shù)架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以解決這一問(wèn)題。析架轉(zhuǎn)換層的優(yōu)點(diǎn)為傳力途吞清晰明確，自重輕，造價(jià)較低，整體性能好。缺點(diǎn)為設(shè)計(jì)繁瑣，施工工藝復(fù)雜，截面尺寸大，影響使用功能，所以實(shí)際工程較小使用。

三、 房屋建筑中帶轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

我國(guó)處于歐亞板塊和太平洋板塊邊緣，是個(gè)多地震國(guó)家，我國(guó)規(guī)范規(guī)定，基本烈度為度及度以上地區(qū)內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)抗震設(shè)防。我國(guó)設(shè)防烈度為度及度以上地區(qū)約占全國(guó)總面積的，建造高層建筑的大城市幾乎都在抗震設(shè)防范圍內(nèi)，因此，房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)成為房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成內(nèi)容。我國(guó)房屋建筑采用三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)，即"小震不壞，中震可修，大震不倒"。在小震作用下，房屋應(yīng)該不需要修理仍可繼續(xù)使用在中震作用下，允許結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服階段，經(jīng)過(guò)一般修理仍可繼續(xù)使用在大震作用下，構(gòu)件可能?chē)?yán)重屈服，結(jié)構(gòu)破壞，但房屋不應(yīng)倒塌、不應(yīng)出現(xiàn)危危及生命的嚴(yán)重破壞。也就是說(shuō)，抗震設(shè)計(jì)要同時(shí)達(dá)到多層次要求。

3.2轉(zhuǎn)換構(gòu)件設(shè)計(jì)

為了使轉(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)在沿建筑物豎向上的傳力較為明確，便于計(jì)算，對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，宜盡可能將需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換的剪力墻、框架柱等上部結(jié)構(gòu)布置在主要轉(zhuǎn)換構(gòu)件上，而不應(yīng)布置在轉(zhuǎn)換主、次梁上。采用主梁轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)傳遞下來(lái)的荷載在內(nèi)力分配以及傳遞時(shí)較采用主、次梁轉(zhuǎn)換形式的明確且簡(jiǎn)單。中國(guó)建筑科學(xué)研究院的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，當(dāng)采用主、次梁轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換主梁的受力比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)換主梁不僅要承托其上部的剪力墻和框架柱，還要考慮支撐在其上部的轉(zhuǎn)換次梁引起的剪力、扭矩以及彎矩的作用。對(duì)于對(duì)于采用主、次梁轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件受力復(fù)雜，傳力途徑不明確，轉(zhuǎn)換主梁在破壞時(shí)宜表現(xiàn)出剪切破壞的形態(tài)。

3.3框支柱、筒體以及落地剪力墻的設(shè)計(jì)

對(duì)于轉(zhuǎn)換層上部布置為純剪力墻結(jié)構(gòu)，而下部為純框架結(jié)構(gòu)的形式，在歷次國(guó)內(nèi)外遭受的實(shí)際的地震中表現(xiàn)，可以看出這樣的結(jié)構(gòu)形式在地震中所遭受的破壞是非常嚴(yán)重的；對(duì)于布置有落地剪力墻的結(jié)構(gòu)則在地震中表現(xiàn)出的抗震能力以及延性是相對(duì)較好的。在1979年的美國(guó)地震中，某框支剪力墻結(jié)構(gòu)取消了部分剪力墻的布置，結(jié)果在地震作用下結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換梁以及上部的剪力墻最先出現(xiàn)裂縫并破壞。1995年日本阪神地震中，對(duì)于采用了合理布置框支柱和剪力墻的結(jié)構(gòu)，其破壞情況稍輕。因此，規(guī)范對(duì)框支柱、落地剪力墻及筒體的布置做出了相關(guān)要求：（1）、當(dāng)轉(zhuǎn)換層下部為1～2層時(shí)，框支柱與相鄰落地剪力墻的距離L≤12m；轉(zhuǎn)換層下部框支層為層及層以上時(shí)；（2）、落地剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)的墻肢盡量沿建筑物全高布置；形式布置成T形和L形；布置的位置盡量對(duì)稱(chēng)、均勻；（3）、在轉(zhuǎn)換層以下的框支層，落地剪力墻與筒體的厚度均應(yīng)增大；（4）、落地剪力墻之間的間距L：抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換層下部框支層有3層及3層以上時(shí)，取L ≤ 1.5B且L ≤ 29m；當(dāng)轉(zhuǎn)換層下部框支層只有1～2層，取L ≤ 2B且L ≤ 24m。非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，取L ≤3B且L ≤ 36m。其中代表落地剪力墻之間的樓蓋平均寬度。

3.4高位轉(zhuǎn)換框支剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在使用高位轉(zhuǎn)換時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力性能會(huì)受到更大的影響。因此在帶高位轉(zhuǎn)換框支剪力墻結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮以下幾點(diǎn)保證結(jié)構(gòu)布置的合理性：

（1）盡量避免設(shè)計(jì)成帶高位轉(zhuǎn)換形式的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)。要盡可能的少用帶高位轉(zhuǎn)換形式的結(jié)構(gòu)或者不用帶高位轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換層形式的結(jié)構(gòu)。采用高位轉(zhuǎn)換層形式時(shí)，轉(zhuǎn)換層上、下層的層間位移角的最大變化幅度高達(dá)95.6%，遠(yuǎn)高于采用低位轉(zhuǎn)換時(shí)的，層間位移角的出現(xiàn)樓層發(fā)生在轉(zhuǎn)換層以下樓層，轉(zhuǎn)換層的基底剪力也會(huì)發(fā)生突變。這些對(duì)于結(jié)構(gòu)在地震下的反應(yīng)都是十分不利的。

（2）采用其他優(yōu)化的轉(zhuǎn)換梁形式。有分析可知，當(dāng)考慮建筑功能的需要將轉(zhuǎn)換層設(shè)置高位時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可以考慮將普通轉(zhuǎn)換梁改變成寬扁梁形式來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。寬扁梁的設(shè)置可以有效的緩解框支柱的剪力突變和柱頂彎矩過(guò)大的問(wèn)題。

（3）分析計(jì)算要準(zhǔn)確和全面。對(duì)于在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中起重要作用的轉(zhuǎn)換層來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)分析時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)換層以及轉(zhuǎn)換構(gòu)件的分析也是十分必要的?？拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力以及約束情況進(jìn)行有限元建模。在對(duì)整體結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行分析時(shí)，還通過(guò)彈塑性時(shí)程的補(bǔ)充計(jì)算來(lái)找出結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制和薄弱部位，有需要時(shí)還要對(duì)重力荷載作用下的施工模擬進(jìn)行分析計(jì)算。

結(jié)束語(yǔ)：

在做帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，既要盡可能地滿(mǎn)足建筑的造型效果及使用功能的要求，又要使結(jié)構(gòu)體系更加合理。因此，對(duì)框支剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范的具體要求，以使構(gòu)件的承載力能滿(mǎn)足正常的使用要求，從而進(jìn)一步保證工程的整體質(zhì)量。

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