框支剪力墻結構的設計與研究

柳鑫

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 貴州貴陽 550001）

框支剪力墻結構的設計與研究

柳鑫

（貴州省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 貴州貴陽 550001）

近些年，框支剪力墻結構被廣泛用于建筑項目中，如：酒店、餐廳、車庫、機房。但是，框支剪力墻也有明顯的缺點，例如：向下傳力不直接、結構側向剛度變化比較大以及地震作用導致構件應力集中。本文即針對框支剪力墻結構的設計進行了具體的探討。

框支剪力墻結構；設計；工程概況

引言

自20世紀80年代以來，我國建筑行業(yè)發(fā)展勢頭不容小覷，體型復雜、功能多樣的綜合性建筑愈加多見。由于建筑功能的需要，框支剪力墻結構在高層建筑結構中大量應用。框支剪力墻結構上部作為住宅、寫字樓，下部用作商業(yè)設施具有優(yōu)越的使用功能，但這種結構形式一般底部剛度較小，容易形成薄弱層，對結構抗震不利，因此加強框支剪力墻結構設計具有重要意義。

1 工程概況

本工程為某高層框支剪力墻結構建筑，其分為A塔和B塔兩棟塔樓，塔樓間利用防震縫分開，其均為半地下室1層，地上12層的高層獨棟塔樓，總高度為43.5m。以A塔為例，半地下室層高為5.1m，首層層高為6.0m，二層層高為4.1m，其余層高為3.6m。轉換層位于二層樓面。

2 結構設計參數(shù)

本工程的設計使用年限為50年，建筑結構的安全等級為二級。抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為Ⅵ度，設計地震基本加速度為0.1G，設計地震分組為第一組。建筑場地類別為Ⅱ類?；撅L壓按50年重現(xiàn)期的風壓值W0=0.30kN/m2，地面粗糙度類別為A類?？拐鸬燃壴斠姳?。

表1 結構構件的抗震等級

3 框支剪力墻結構設計

3.1 結構布置

本工程A塔高度為43.5m，半地下室，地面以上12層。塔樓標準層層高為3.6m，屋面構架層高2.9m，框支層層高為6.0m，半地下室層高為5.1m。采用部分框支剪力墻結構體系，根據建筑使用功能的要求，在二層做轉換層。剪力墻截面沿高度變化，厚度為200～700mm；框支柱截面為1200mm×1200mm；轉換梁截面為1200mm×2200mm、1200mm×2000mm、1000mm×2200mm、800mm× 2000mm、800mm×1800mm。豎向構件混凝土強度等級為C30～C50；梁、板混凝土強度等級為C30、C40、C50。樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板式結構，塔樓標準層的板厚為100mm、120mm。將與轉換層相鄰樓層的樓板加強，首層板厚為180mm，二層（轉換層）板厚為180mm，三層板厚為120mm，有利于傳遞水平力及提高轉換層的整體性。如圖1即為結構整體模型。

圖1 結構整體模型

3.2 結構整體彈性分析

在MIDAS分析程序中，梁和框支柱（框架柱）采用梁單元，板采用板單元，剪力墻采用墻單元。本工程采用SATWE和MIDAS程序進行多遇地震作用下的整體內力和位移計算，結構計算的嵌固端在基礎面，分析結果見表2。

表2 SATWE和MIDAS分析結果對比

3.3 彈性時程分析

按規(guī)范要求，Ⅵ度抗震設防的帶轉換層高層建筑結構應采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算。本文采用SATWE程序進行多遇地震下的彈性動力時程分析。按地震波三要素（頻譜特性、有效峰值和持續(xù)時間），SATWE選?、蝾悎龅厣蟽山M實際地震記錄天然波1（TH2TG035）和天然波2（TH4TG035）和一組人工波（RH1TG035）進行彈性時程分析。圖2和圖3分別是彈性時程分析得到的層間位移角和樓層剪力圖。反應譜與時程分析基底剪力結果比較見表3。

圖2 地震波作用下層間位移角

圖3 地震波作用下樓層剪力

表3 反應譜與時程分析基底剪力結果比較（單位：kN）

由圖2可看出，結構在天然波1（TH2TG035）作用下的X向層間位移角最大值為0.001，與規(guī)范的限值1/1000相等，在天然波2（TH4TG035）、人工波（RH1TG035）和規(guī)范反應譜作用下，不論X向和Y向的層間位移角均小于規(guī)范限值，說明天然波1 （TH2TG035）對結構起主要控制作用。由表3可以看出，在地震作用下的時程計算結果平均值與振型分解反應譜結果較接近，但根據規(guī)范要求，當取三組時程曲線進行計算時，結構地震作用效應宜取時程法計算結果的包絡值與振型分解反應譜法計算結果的較大值，故在施工圖設計中將反應譜放大1.19倍進行設計。

3.4 轉換層樓板應力分析

部分框支剪力墻結構中，框支轉換層樓板是重要的傳力構件，不落地剪力墻的剪力需要通過轉換層樓板傳遞到落地剪力墻，為保證樓板能可靠傳遞面內相當大的剪力（彎矩），按規(guī)范要求，取板厚為180mm，混凝土強度等級按C50（ft=1.89MPa），配筋為雙層雙向12@200。用MIDAS程序對轉換層樓板進行應力分析，分析時采用彈性膜（僅考慮樓板平面內剛度和不考慮平面外剛度）來模擬彈性樓板，用以驗算設計是否滿足要求。查看以下荷載組合下的樓板應力：①1.2恒荷載+1.4活荷載；②1.35恒荷載+0.98活荷載；③1.2恒荷載+0.6活荷載+1.3地震荷載；④1.2恒荷載+0.6活荷載-1.3地震荷載。圖4和圖5分別為轉換層樓板X向和Y向最大應力云圖。

圖4 轉換層樓板X向應力云圖

由圖4和圖5可知，轉換層樓板由于開洞少，整體性好，在多遇地震作用下，絕大部分區(qū)域樓板面內拉應力均小于C50混凝土抗拉強度設計值（ft=1.89MPa），且應力集中部位多出現(xiàn)在轉換梁區(qū)域附近。

圖5 轉換層樓板Y向應力云圖

3.5 轉換梁應力分析

本工程為框支梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻，應進行應力分析，按應力校核配筋，并加強構造措施。用MIDAS程序對轉換梁進行應力分析，查看以下荷載組合下的轉換梁的應力：①1.2恒荷載+1.4活荷載；②1.35恒荷載+0.98活荷載；③1.2恒荷載+0.6活荷載+1.3地震荷載；④1.2恒荷載+0.6活荷載-1.3地震荷載。以（Bc～BG）軸×（B10～B13）軸的轉換梁為例，圖6和圖7分別為轉換梁X向和Y向局部最大應力云圖。

圖6 轉換梁X向局部應力云圖

圖7 轉換梁Y向局部應力云圖

由圖6和圖7可知，轉換梁截面受拉區(qū)域較大，在多遇地震作用下，大多數(shù)拉應力均大于C50混凝土抗拉強度設計值（ft= 1.89MPa），需要由鋼筋來承受，在施工圖設計中按MIDAS程序分析出的應力和計算結果來校核SATWE的計算結果，以滿足設計要求。

4 結語

綜上所述，隨著高層建筑的造型和功能的多樣化發(fā)展，其結構設計難度不斷增加。尤其是框支剪力墻結構一直存在抗震性能較差的問題，對此設計人員必須重視其結構設計工作，合理剪力分析計算模型，采用SATWE、MIDAS等程序進行整體彈性對比分析，多遇地震作用下彈性時程分析及轉換梁、樓板的應力有限元分析，以確保工程結構設計滿足相應規(guī)范要求，實現(xiàn)其使用安全性與可靠性。

參考文獻

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TU398.2

A

1673-0038（2015）24-0019-03

2015-4-12