某高层商住楼框支剪力墙结构设计分析

某高层商住楼框支剪力墙结构设计分析

【摘要】随着高层建筑高速发展，建筑朝体型复杂、功能多样的综合性方向发展，因而相应的结构形式也复杂多样。本文结合工程实例，详细阐述了高层建筑框支架剪力墙结构的抗震设计。

【关键词】高层建筑；框支剪力墙；结构设计

1 工程概况

某高层建筑，由2栋30层塔楼组成，地下室2层，为车库及设备用房；1～3层为商铺，4～～30层为住宅。为了满足商住使用功能的抗侧力要求，本建筑结构形式采用框支剪力墙结构，在3 层顶面采用梁式转换构件传递非落地剪力墙的内力。本工程抗震设防烈度为7 度，设计地震分组为第1组，设计基本地震加速度值为

0.10g，拟建场地为ⅱ类场地。结构的抗震等级：框支柱为特一级，框支框架为一级，底部加强区的剪力墙为一级，非底部加强区的剪力墙为二级。

2 结构概念设计和布置

2.1 结构模型的确定

本工程地下室顶板厚度取为200mm，采用双层双向配筋，并控制每层每个方向配筋率大于0.25%，由于地下室的整体刚度远大于相邻上部楼层刚度的2 倍，满足地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求。但考虑到转换结构的复杂性和重要性，结合拟建场地的地质资料，认为回填土对地下室的约束作用是有限的，宜将嵌固部位适当下移并将地下室和上部结构作为整体进行共同工作分析。

结合《建筑抗震设计规范》条文说明中将地下1 层也作为抗震墙的加强范围，本工程计算时将地下1 层作为上部结构的嵌固部位。同时，由于抗震缝在±0.000 及以下会由楼板连接，故对抗震缝两侧的梁板柱采取了适当提高配筋率、配箍率及箍筋加密等加强措施。

通过上述分析和措施，同时由于2 栋塔楼间有抗震逢分开，因而在设计时采用了对外单塔模型分别进行计算，并分析比较。

2.2 结构选型和布置

作为高位转换的复杂高层结构，本工程采用受力明确、传力途径较为清楚的梁式转换构件。同时取转换层楼板厚度为250mm，配筋率为0.3%，以提高转换层的整体性，提高非落地墙内力传递的可靠性。相关研究表明，转换层设置高度、转换层上部与下部结构等效刚度比及转换层结构与其上层结构侧向刚度比是影响带转换层剪

力墙结构抗震性能的主要因素。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，转换层上下的刚度比由等效侧向刚度和楼层侧向刚度双控。转换层上下的等效侧向刚度比宜接近1，同时转换层的楼层侧向刚度应大于相邻上部楼层侧向刚度的60%。等效侧向刚度比过大，则转换层易形成薄弱层；反之，等效侧向刚度比过小，则转换层上层的墙体易于破坏。

对于框支剪力墙结构而言，由于下部商业空间的要求，落地墙的设置数量是有限的，也就是说在层高一定的情况下，转换层下部刚度的提升空间有限。要使转换层上下的等效侧向刚度接近1，只能

对上部结构进行适当弱化。从概念上说，刚度大的房屋在风荷载下是有利的，因为其振动的幅度小；反之，较柔的房屋抗震性能好，因为可以避免与地震运动共振，不会产生过大的应力。由此可见，在保证规范规定的位移、整体稳定性及楼层最小剪力等要求下，结构刚度不宜过大，对于转换层上下的等效侧向刚度比作为关键因素的复杂高层结构更是如此。

基于上述考虑，本工程在上部墙体的布置时将剪力墙长度控制在大于8 倍墙厚，且控制底部加墙区剪力墙的轴压比小于0.5，在满足各项控制条件下尽量减少墙肢数量和墙肢长度。同时，尽量将墙体布置在框支柱上方，通过调整墙体翼缘长度使连梁的跨度适中，这样既可避免刚度过分减小又可使配筋较为经济。另外，结合设备管道铺设的要求，转换层上层的层高调整为3.65m，这对保证转换层的楼层侧向刚度应大于相邻上部楼层侧向刚度的60%也是有利的。

由于建筑要求，本工程在住宅部分设有2 个转角窗，这使得结构的抗扭刚度大为削弱，容易产生“扭转不规则”平面类型，对于复杂高层结构更为不利。为了保证结构体系的合理性，本工程在转角窗附近布置了小开间的剪力墙，在墙肢端部全高设置约束边缘构件，且将转角窗的梁高度加大为相邻上下2 个挑板问的高度，并采取了加厚该房间的楼板和设置暗梁等措施，以提高该部位的整体性。另一方面，为了弥补抗扭刚度的损失，提高整体的抗扭刚度，在建筑周边剪力墙洞口处结合窗台做上翻梁，将梁高度加大为

800mm。框支转换层和上部标准层的结构平面布置详见图1-1 和图1-2。

可靠性，从后面的计算结果也可以看出，其对结构可靠性和安全性是有利的。

3 结构计算和分析

由于高位转换的框支剪力墙结构的复杂性，本工程采用了satwe 和pmsap 两种结构分析软件进行整体内力位移计算，对受力复杂的转换梁进行了有限元应力分析并校核配筋结果。同时，根据建筑场地类别和设计地震分组选用了2组实际强震记录和l 组人工模拟的加速度时程曲线，对结构进行了弹性时程分析。分析结果表明，楼层位移曲线较为平缓，在转换层附近无明显的突变，无结构薄弱层存在，。结果说明，本工程对整体抗侧移刚度的控制措施和方法是有效的。

4 抗震加强措施

考虑到高位转换结构的复杂性，本工程对关键部位采取了加强措施。

（1）底部落地简体外墙加厚至500mm；其余落地墙加厚至400mm，在其周边设置大于800mm×800mm 的端柱，通过800mm×800mm 的边框梁约束墙体并与相邻框支柱连接。

（2）提高底部加强区抗震墙抗震等级为一级，同时加强配筋，严格控制其轴压比，并将约束边缘构件的设置范围向上向下各延伸一层。

（3）提高框支柱的抗震等级为特一级，为了保证其具有足够的延性。控制其轴压比小于0.5，对于个别轴压比较大且柱距较大的框支柱，在其柱截面中部设置由附加纵向钢筋形成的芯柱，且钢筋截面面积不小于柱截面的0.8%，并提高配箍率，以此提高柱的变形能力。