高层建筑框支剪力墙结构设计

高层建筑框支剪力墙结构设计

摘要：本文结合工程实际，就高层建筑剪力墙结构设计中的转换梁、转换柱、

框支剪力墙、落地剪力墙设计等内容做了详细阐述，并提出了相关应注意的事项，希望在剪力墙工程中遇到类似的设计能起到一定的指导作用。

关键词：高层建筑；框支剪力墙；设计

框支剪力墙结构是将落地剪力墙与框支柱组成建筑结构，为建筑底部留出较大使用面积，广泛应用于上层为住宅公寓，下层为商店餐馆的高层建筑。为了满足此类建筑功能的要求，

其结构设计是关键。在进行框架剪力墙架构设计时，对于剪力墙厚度、布置方式以及数量等

都直接关系到结构安全和技术经济，具有一定的研究难度，现对高层建筑框剪剪力墙结构设

计作简要分析。

1 工程概况

某工程C2#楼，主体结构高度99.57m，地下室2层，地上1～2层为底层商铺，3～32层

为住宅，其中3层为结构转换层。抗震设防烈度为6度第一组，基本地震加速度为0.05g，

场地类别Ⅱ类，根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3－2010（以下简称高规）3.9.9条及10.6.5条相关条文规定，底部加强部位（本工程为地下1～4层）剪力墙及柱抗震等级为二级，1～5层框架梁及连梁抗震等级为二级，其余部分框架及剪力墙抗震等级均为三级。

2 结构设计和分析

本工程采用SATWE进行计算，针对结构转换构件采用PKPM软件中框支剪力墙有限元分

析程序FEQ进行补充计算。具体以图1中KZZ1、KZZ2、KZL1举例说明。

2.1 转换梁、转换柱的截面取值

（1）根据高规10.2.8条，转换梁截面高度不宜小于计算跨度的1/8，框支梁截面宽度不

宜大于框支柱相应方向的截面宽度，且不宜小于其上墙体截面厚度的2倍和400mm的较大值。同时考虑框支剪力墙插筋施工方便，以及二级框支剪力墙结构框架柱轴压比限制不应小

于0.7，故取KZL1截面尺寸为950mmX1200mm。此时梁下净高为3.3m，满足建筑使用要求。

（2）根据高规10.2.10条，柱截面宽度抗震设计时不应小于450mm，柱截面高度，抗震

设计时不宜小于转换梁跨度的1/12。同时考虑到转换梁与转换柱交接处施工方便，本工程中

转换柱每侧尺寸取值均比转换梁宽50mm，故取KZZ1、KZZ2截面尺寸为1000mmX1000mm。 2.2 转换梁的设计

2.2.1 考虑到结构安全性，提高梁抗剪承载力，也为了施工方便，本工程中转换梁的混凝

土强度均同此层剪力墙的混凝土强度，为C45。

2.2.2 转换梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率二级时不应小于0.40%。梁加密区箍筋直径

不应小于10mm，间距不应大于100mm，加密区箍筋的最小面积配筋率二级时不应小于。偏

心受拉的转换梁除按计算确定外，支座上部纵向钢筋至少应有50%沿梁全场贯通，沿梁腹板

高度应配置间距不大于200mm、直径不小于16mm的腰筋。故转换梁的计算结果及实配钢筋如（图1）所示：

2.2.3 转换梁的有限元分析复核。SATWE计算转换梁的受力模型为框支剪力墙的荷载简单

的传递给转换梁，再由转换梁传递给转换柱，但实际上转换梁与框支剪力墙的受力形态远比SATWE的计算模型复杂。

对于这种墙梁单元整体作用的形式，则有必要用二维壳单元模型进行分析。本工程采用FEQ软件进行应力分析并与SATWE计算结果进行对比。

梁式转换层有限元分析模型选取原则：

（1）转换梁上部墙体层数的选择与转换梁跨度有关，当转换梁跨度较大时，上部层数可

选多些。本工程上部层数选4层。

（2）下部支承结构的层数一般取到嵌固端。

KZL1应力分析结果摘录如（图2）所示：

上图中，由于墙梁作为一个整体参加计算，墙梁交接处截面变化导致应力集中，故压应

力与剪应力最大值均出现在此部位，最大拉应力出现在转换梁梁底处。

经由各工况产生的拉应力进行组合，经计算所得Mmax=4686kN/m（1.2恒载+0.98活载

+1.4X向地震）。与SATWE的计算结果进行比较，用FEQ计算所得的跨中最大弯矩比SATWE

计算所得的弯矩大4%，证明一维杆单元模型与二维壳单元模型计算结果存在偏差，有必要对转换构件进行有限元精细化分析。经过校核，原设计配筋满足FEQ计算配筋结果。

2.3 转换柱的设计

在柱网布置过程中，需配合建筑平面布置，控制落地剪力墙与相邻框支柱的距离，尽可

能增加落地剪力墙数量，以满足底部空间楼层板的平面内刚度要求，使转换层上部剪力能有

效的传给落地剪力墙，而框支柱承受较小的剪力。为满足水平力能够连续传递，转换构件周

围的楼板不应错层布置。

根据SATWE程序计算结果，本工程底层地震作用下X方向最大剪力为1251.7kN，Y方向

最大剪力为1364.7kN。根据计算，二层转换柱承受剪力之和X方向为2134.1kN，Y方向为3141.6kN，不小于结构基底剪力（标准值）的20%，满足规范要求。

地下室顶板作为嵌固端时地下1层每侧纵向钢筋面积不小于地上1层的1.1倍，同时为

了避免转换柱在1层柱底与地下1层柱顶承载力突变，造成对结构的不利影响，故转换柱纵

筋延伸至地下1层，地下2层角筋不变，其余纵筋直径根据计算配筋适当减小。

根据高规10.2.10条，本工程转换柱箍筋采用井字复合箍，并沿柱全高加密。

2.4 框支剪力墙、落地剪力墙的设计

地剪力墙的布置：当底部框支层为1～2层时，落地剪力墙的间距不宜大于落地墙之间楼

盖的平均宽度的2倍和24m。同时，框支柱与相邻落地剪力墙的距离，1～2层框支层时不宜

大于12m。本工程经测算均满足要求。

为避免承载力突变，转换柱在上部墙体范围内的纵向钢筋应伸入上部墙体内不少于一层，其余柱纵筋应锚入转换层梁内或板内。转换柱与框支剪力墙交接处具体做法如图3所示：框支剪力墙的墙身配筋除按SATWE计算确定外，需另按高规10.2.22条的要求进行复核

配筋：

（1）柱上墙体的端部竖向钢筋面积：

As=hcbw（σ01－fc）/fy（高规10.2.22－1）

（2）柱边宽度范围内竖向分布钢筋面积Asw：

Asw=0.2lnbw（σ02－fc）/fyw（高规10.2.22－2）

（3）框支梁上部0.2ln高度范围内墙体水平分布筋面积：

Ash=0.2lnbwσxmax/fyh（高规10.2.22－3）

式中：

ln——框支梁净跨度（mm）；

hc——框支柱截面高度（mm）；

bw——墙肢截面厚度（mm）；

σ01——柱上墙体hc范围内考虑风荷载、地震作用组合的平均压应力设计值（N/mm2）；

σ02——柱边墙体0.2ln范围内考虑风荷载、地震作用组合的平均压应力设计值

（N/mm2）；

σxmax——框支梁与墙体交接面上考虑风荷载、地震作用组合的水平拉应力设计值

（N/mm2）；

有地震作用组合时，上述公式中σ01、σ02、σxmax均应乘以γRE，γRE取0.85.

结合本工程KZZ1、KZL1上部剪力墙，经计算可得σ01、σ02均小于fc，σxmax=3.1N/mm2，代入公式高规10.2.22－3，可得Ash=1894.44mm2。原墙身水平分布筋配置满足该计算要求。

综合上述计算及SATWE计算结果，KZZ1与KZL1上方框支剪力墙配筋如（图4）所示：

2.5 转换构件的延性极为重要

本工程为了提高转换梁、转换柱的延性，加强转换层结构的整体性和刚度，采取了提高