房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计初探

盖世博

【摘要】近年来，房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计得到了快速发展和广泛关注，研究其相关内容有着重要意义。本文首先介绍了转换层的功能与设计原则，分析了带转换层的框支剪力墙结构设计要点，并结合相关实践经验，就一些常见问题的解决方法进行了探讨。

【关键词】房屋建筑；带转换层；框支剪力墙；结构设计

一、前言

作为房屋建筑中带转换层的框支剪力墙应用方面的重要工作之一，其结构设计在近期得到了业内的高度关注。该项课题的研究，将会更好地提升其结构设计的实践水平，从而有效优化带转换层的框支剪力墙的最终应用效果。

二、转换层的功能与设计原则

1.转换层的功能

（一）建筑功能。利用转换层结构可以为高层建筑提供宽阔的室内空间和出入口。

（二）结构功能。高层建筑利用转换层可以实现上下部结构的转换，上部的剪力墙结构更适合于民用住宅结构，而下部框架结构由于可以具有较大的内部空间，更适宜商用。通过转换层将两者有效的融合为一体，确保了高层建筑结构的多样化。

（三）轴线及上下层柱网转换。利用转换层进行结构设计时，在其不改变上下结构形式的情况下，可以通过对轴线及上下层柱网的改变，实现下部柱距的扩大，以大柱网的形式满足下部大空间的需求。

（四）错位布置。在转换进行上下结构转换时，可以对上部结构和下部结构的轴线和柱网轴线进行错位布置。

2.设计原则

高层建筑由于自身重量较大，所以对其稳定性和抗震性具有较高的要求，但在进行转换层设置时，极易导致竖向刚度突变的发生，从而导致高层建筑结构的抗震性能受到较大的影响，所以在进行转换层设计时需要遵循利用直接落地的竖向构件、宜低不宜高、宜小不宜大的诸多原则。即在进行转换层设置时，由于竖向构件会对刚度和结构的抗震性能带来突变，所以需要选择直接落地的竖向构件来进行设置；在进行转换层设置时，尽量选择高层建筑竖向位置较低的地方；同时为了确保所设置的转换层结构型式能够具有更明确的传力路径，所以需要对转换层结构进行优化，这样对于结构设计和施工都会有一定的益处；在转换时需要对刚度进行适度的控制，不宜过大，这样不仅有利于建筑物的安全性，而且也会带来较好的经济性。

三、带转换层的框支剪力墙结构设计要点

1.抗震等级的确定

工程转换层以下为框架—剪力墙结构，转换层以上为纯剪力墙结构，是多种结构形式共存的复杂高层建筑，因而不能像单纯的框架结构或者剪力墙结构那样笼统地确定抗震等级，而应该严格按照现行规范的不同章节，有针对性地分别确定结构体系各部位不同结构构件的抗震等级。

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。然而带转换层的结构显然有悖于此，对该工程而言，属于高位转换，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于1.3。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，尽量避免出现薄弱层。可采用的方法有以下几种。

（一）使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可以在底部增设部分剪力墙（不伸上去）。这是增大底部刚度最有效的方法。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，让两侧各有一片剪力墙落地，并且北部还有一大片L型剪力墙也落至基础。这些都大大增强了底部刚度。

（二）加大底部剪力墙厚度，减小上部剪力墙厚度，转换层以下剪力墙厚度区为400mm厚，上部厚度取为200mm。

（三）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太多。

（四）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用C55混凝土。

3.结构平面布局

工程底部为框架-剪力墙结构，体形复杂，不规则；转换层上部为纯剪力墙结构，由于建筑布置的不对称，剪力墙的布置须经多次试算，最后结果是质量中心与刚度中心偏差不超过1m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果，查閱计算结果，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为0.77，各层最大水平位移与层间位移比值不大于1.4，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。

四、一些常见问题的解决方法

1.对剪压比超限的连梁处理

剪压比超限问题在剪力墙中是很常见的，尤其是在高烈度区，经常是计算完后多处洞口上连梁超限。处理方法是一般先减连梁高度，以减少连梁吸收的地震力，如果仍然超筋，说明该连梁两侧的墙肢过强或者是吸收的地震力太大。对于减少连梁的高度仍然超筋连梁的设计，应按《高规》该连梁截面能承受的最大剪力计算连梁抗剪箍筋，再根据该剪力值计算出连梁端部弯矩（为简化起见，假设反弯点在中点），并作适当折减，然后根据该弯矩值计算连梁纵筋。当多遇地震来临时，连梁端部弯矩很快达到极限抗弯承载力，出现塑性铰，端部弯矩不再增加。由于弯矩与剪力之间的导数关系，连梁中的剪力也不再增加。而在设计时，已经保证了在端部弯矩达到极限抗弯承载力，抗剪能力是有富余的，此时抗剪不会破坏。在这种情况下，连梁仍能保证对竖向荷载的承载能力，同时对墙肢有一定的约束能力，并具有变形耗能能力，破坏具有一定延性，基本上满足设计对连梁的基本要求。

2.转换层上部剪力墙超筋的处理

框支剪力墙结构由于转换层上下构件不连续、刚度突变以及转换梁竖向变形等因素，设计者在计算过程中往往会出现转换层上部一层或者两层剪力墙出现超筋现象。

（一）当出现剪力墙边缘构件超筋警告时，设计者应根据具体情况调整剪力墙截面、改变结构布置或者手工复核配筋率是否超出规范的控制要求。

（二）当剪力墙水平筋超筋时，这种情况多数是结构布置不合理，必须调整剪力墙结构布置。

3.剪力墙平面外刚度及承载力都相对很小，如何确定不同板厚、不同墙厚及不同跨度情况下使得剪力墙出现平面弯矩最小且满足相应墙厚的平面承载力要求，达到经济、安全最优化结果，是一个值得探讨的问题。

按偏心受压构件正截面配筋来确定剪力墙的平面承载力，配筋设计偏于安全，但配筋量有点偏大，当高宽比不同时，其折减系数取多少也是需要继续研究的问题。

五、结束语

综上所述，加强对房屋建筑中带转换层的框支剪力墙结构设计的研究分析，对于其整体应用效果有着十分重要的意义，因此在今后的实践中，应该加强对其结构设计的重视程度，注重其设计的整体性与科学性，以获得最优化的整体效果。

参考文献：

[1] 祝群.某高层住宅楼转换梁结构支撑体系施工技术[J].四川建筑科学研究.2013（4）：91-92.

[2] 李琼.某高层转换层施工技术要点分析[J].河南建材.2013（1）：78-79.

[3] 盖凤敏.高层转换层中框支梁施工工艺浅析[J].建筑与发展.2013（7）：92-93.