某带转换层框支剪力墙结构计算分析

某带转换层框支剪力墙结构计算分析摘要：根据实例，选取合理结构方案，采用两种不同程序，对底部大空间的带转换层框支剪力墙进行计算分析，使其既能满足建筑造型和使用功能要求，又能满足规范规定的各项计算指标。

关键词:带转换层结构、复杂高层、框支剪力墙结构

一、工程概况

某商住楼地下1层，地上主楼26层，裙房3层，结构总高度79.95m，总建筑面积37546.06m2。主楼1~3层裙房部分为商店、娱乐用房，需要布置灵活的大空间，4层及以上为住宅。

为了同时满足商业部分的使用功能和上部住宅的抗侧力要求，本工程采用框支剪力墙结构，在三层顶采用梁式转换，三层以下采用框支-剪力墙结构，四层及以上为全剪力墙结构。

本工程属于a级高度的高层建筑，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，场地土类型以中软土为主，抗震类别为标准设防类（丙类），建筑场地类别为ii类，采用筏板基础。

二、结构选型和布置

本工程框架梁和柱、剪力墙的受力钢筋均采用hrb400，混凝土强度等级视结构部位采用c25~c40不等，其中5层以下采用

c40,6~10层采用c35。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（jgj 3-2002）（以下简称《高规》）规定，转换层楼板厚度不宜小于180mm，与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强。本工程转换层楼板取

200mm，转换层上下一层均取150mm。本工程主要构件截面见表1，

计算简表见下表2。标准层平面见图1，结构转换层平面见图2，建筑剖面见图3。

表1 主要构件截面尺寸

表2 某商住楼计算简表

图1 标准层结构平面图

图2 转换层结构平面图

图3 建筑剖面图

三、结构整体计算分析

3.1关于结构抗震等级

由《建筑抗震设计规范》（gb 50011-2001(2008年版)）知，80m 以下框支剪力墙结构，非底部加强部位剪力墙抗震等级为三级，底部加强部位剪力墙和框支框架均为二级。但由《高规》“复杂高层建筑结构设计”章节可得，当转换层的位置设置在3层及3层以上时，其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级尚宜提高一级采用，故底部加强部位剪力墙和框支柱由二级提高到一级。按照上述原则确定的各结构部件的抗震等级见表3。

表3 主要结构部件抗震等级

3.2不规则性判断

1、扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍。可根

据计算结果判断。

2、凹凸不规则：结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。跟建筑专业协商调整后，平面基本满足凹凸要求。

3、组合平面：细腰形或角部重叠形。平面基本满足要求。

4、楼板不连续：有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高。经调整后的平面基本满足本条要求。

5、刚度突变：相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%。可根据计算结果判断。

6、尺寸突变：缩进大于25%，外挑大于10%和4m。基本满足要求。

7、构件间断：上下墙、柱、支撑不连续，含加强层。本工程属于带转换层的框支剪力墙结构，转换层以上是剪力墙结构，以下是框支-剪力墙结构。因此上下墙柱属于不连续结构。

8、承载力突变：相邻层受剪承载力变化大于80%。可根据计算结果判断。

3.3参数及计算方法

1、地震方向角θ0=0。

2、采用cqc耦连振型组合方法，计算振型数为18；

3、考虑双向水平地震作用下的扭转影响，并考虑偶然偏心；

4、地震作用采用总刚分析法；

5、计算结构位移、结构自振周期时，采用刚性楼板假定；

6、分别采用“剪切刚度”、“剪弯刚度”和“地震剪力与地震层

间位移的比”进行分析计算。

7、采用弹性时程分析法进行补充计算。

3.4主要考虑的问题

1、周期比和位移比。结构的周期比和位移比是判断结构扭转效应的两项重要指标，对于本工程，主要考虑以下两个问题：（1）在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移是否大于该楼层平均值的1.2倍和1.4倍；（2）结构扭转为主的第一自振周期tt与平动为主的第一自振周期t1之比是否大于0.85。

2、刚度问题的考虑：（1）楼层侧向刚度是否小于相邻上部楼层侧向刚度70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%；（2）转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe是否接近1，是否大于1.3；（3）楼层侧向刚度是否满足不小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。

3、楼层承载力有无突变：楼层抗侧力构件的层间受剪承载力是否小于相邻一楼层的80%。

4、是否满足规范剪重比要求。

5、各地震方向的振型参与质量是否都超过总质量的90%。

6、任一楼层的最大弹性层间位移角是否满足规范限值。

7、注意控制墙柱的轴压比，尤其是框支柱的轴压比应满足规范要求。

3.5整体计算结果

根据《高规》，体型复杂、结构布置复杂应采用至少两个不同力

学模型的结构分析软件进行整体计算。框支剪力墙结构宜采用墙元(壳元)模型，所以本工程整体结构分析计算采用中国建筑科学研究院编制的satwe程序(2005版本)，并以此作为设计依据，同时采用pmsap程序进行整体计算并分析对比。而对于转换层中转构件，宜采用有限元分析软件进行补充应力分析，按应力分析的结果校核配筋设计。

1、周期

考虑扭转藕联的振动周期见表4。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为0.808，满足《高规》不应大于0.85的要求。计算结果x 方向的有效质量系数为98.06%，y方向为96.63%；pmsap结果:x向为95.87%,y向为95.34%，均满足大于90%的要求。

表4 考虑扭转藕联的振动周期(前三个振型)

表5楼层最大层间位移角、最大层间位移与平均层间位移的比值

2、位移

各工况下楼层最大层间位移角θ、最大层间位移与平均层间位移的比值μ见表5。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，最大层间位移平均层间位移比值的最大结果为1.37(satwe)超过《高规》规定的1.2，属于扭转不规则，但仍在1.4范围内。

3、刚度