试议初探探讨带斜柱转换框支剪力墙结构设计

论文导读：向刚度比在3.5.2条的基础上又提出了新的要求，根据转换层所设位置的不同分别采用剪切刚度比和剪弯刚度比来确定转换层与其相邻上层结构的刚度比，转换层所处的位置越高，要求越严格。当转换层位于1、2层时，采用剪切刚度比，剪切刚度与楼层的竖向抗侧力构件(柱、剪力墙)有关，不受楼层地震剪力的影响;当转换层设置在2层
摘 要：本文从转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比、结构的嵌固部位以及0. 2V0系数调整这三个方面，对框支剪力墙结构设计时应注意的问题进行了初步探讨。介绍了斜柱转换在工程中的应用，并对一实际工程分别采用斜柱转换和实腹梁转换的计算结果进行对比分析。结果表明: 斜柱转换能明显改善转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比，降低转换梁的截面尺寸，节省建筑的使用空间。
关键词：框支剪力墙; 斜柱转换; 实腹梁转换; 侧向刚度比

前 言：近些年高层建筑发展迅速，对建筑功能的要求也日益扩大，很多建筑集餐饮、娱乐、商场、办公、公寓于一体，致使有的建筑上下楼层使用条件完全不同，布局各异，这就出现了因上下结构形式或柱网尺寸的不同而必须设置转换层的情况。框支剪力墙结构是一种广泛应用于底部大开间上部小开间的结构，由于整体结构上下构件不连续，转换层的上部荷载通过剪力墙传给转换梁，然后再传给下部的框支柱，荷载的传递路径发生的突然改变，使得转换层的设计显得尤为重要。
1 部分框支剪力墙结构的设计要点

1. 1 转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比

部分框支剪力墙结构的转换层及其以下部位为框架 －剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构，由于转换层上下的竖向抗侧构件不连续，使得转换层上下的刚度发生突变，转换层易形成薄弱层。《高规》［2］对结构转换部位的侧向刚度比在 3. 5. 2 条的基础上又提出了新的要求，根据转换层所设位置的不同分别采用剪切刚度比和剪弯刚度比来确定转换层与其相邻上层结构的刚度比，转换层所处的位置越高，要求越严格。当转换层位于 1、2 层时，采用剪切刚度比，剪切刚度与楼层的竖向抗侧力构件( 柱、剪力墙) 有关，不受楼层地震剪力的影响; 当转换层设置在 2 层以上时，采用楼层的侧向刚度比和楼层的剪弯刚度比控制转换层与其相邻上层的刚度比，目前国内的一些结构设计软件都可得到这三种刚度比。此处对刚度比的严格要求可以有效地防止转换层上下的刚度相差太大，避免层间构件的内力发生突变。

1. 2 结构的嵌固部位

对结构底部嵌固层，《高规》［2］要求其与相邻上层的侧向刚度比采用考虑层高修正后的比值，且不宜小于 1. 5。有地下室的高层建筑，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下 1 层与首层侧向刚度比采用剪切刚度比，且不宜小于 2，同时为了保证地下室顶板具有足够的平面内刚度，其厚度不宜小于 180mm，且地下室必须为完整的地下室，新《抗规》中已取消了对地下室层数的要求。工程实例分析表明，地下室层数的准确确定对结构楼层的位移比会产生较大的影响。

1. 30. 2V0系数调整

在框架 － 剪力墙结构中，为了保证框架部分在地震作用时发挥其第二道防线的作用，框架部分承担的地震剪力不宜太小。但按结构的侧向刚度分配时，框架部分分得的剪力往往比较小，不能发挥其作为结构第二道防线的作用，因此当计算所得的框架部分的剪力太小时，需要对其按照结构底层总剪力的 20% 和 1. 5Vf，max( Vf，max为各层框架承担的地震总剪力中的最大值) 中的较小值进行调整。部分框支剪力墙结构中，转换层的楼板在其平面内的刚度并不是无限大，相反会有很大的面内变形，从而导致框支柱的剪力增大，在落地的剪力墙开裂刚度下降后，框支柱的剪力也会增大。因此根据转换层的位置不同和框支柱数目的多源于：论文网站www.7ctime.com
少也应对框支柱的剪力进行调整。综上所述，对于框支剪力墙结构中的框支柱应同时考虑《高规》［2］8.

1. 4 条和 10.

2. 17条对框架部分地震剪力的调整。

2 斜柱转换的工程应用 斜柱转换也称为斜撑转换，主要用于楼层上下柱网不一致，或需要梁托柱的结构中，一般主要应用于结构的局部转换。在这些结构中，由于上下柱子不连续，如采用梁托柱转换，竖向荷载传递不直接，转换梁的截面尺寸也需很大，影响了结构的使用功能。采用斜柱转换可以有效降低转换梁的截面尺寸，合理利用建筑空间，降低结构自重，避免转换层上下刚度发生突变，传力更直接。
3 工程实例分析
3. 1 工程概况本工程位于贵州省平坝县，为框支剪力墙高层住宅建筑。结构设计使用年限为 50 年，抗震设防烈度为 6 度，设计地震分组为第一组，地震基本加速度为 0. 05 g，建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压为0. 3 kN/论文导读：8.35m，地上共33层，地下为1层，作为停车场使用，地下室及地上1层带有裙房，地上1层为商铺，转换层位于地上第2层，其层高为4.2m，作为设备层和仓库使用，3层及3层以上为剪力墙结构。3.2斜柱在转换层的平面布置本工程转换层层高为4.2m，采用实腹梁转换时，转换梁的截面高度最高为2200mm，严重影响了结
m2，地面粗糙度类别为B 类。建筑总高度为 98. 35 m，地上共 33 层，地下为 1 层，作为停车场使用，地下室及地上 1 层带有裙房，地上 1 层为商铺，转换层位于地上第 2 层，其层高为

4. 2 m，作为设备层和仓库使用，3 层及 3 层以上为剪力墙结构。

3. 2 斜柱在转换层的平面布置

本工程转换层层高为 4. 2 m，采用实腹梁转换时，转换梁的截面高度最高为 2 200 mm，严重影响了结构的使用功能; 同时由于转换层与其相邻上层刚度比差别很大，造成了楼层层间承载力在转换层处产生突变。为了解决以上问题，本工程考虑在不影响建筑原有使用功能的基础上，在结构的周边适量布置斜柱，以降低转换梁的高度，解决转换层上下刚度突变的问题。本工程在框支剪力墙的下部布置斜柱，斜柱的截面尺寸为 450 ×450mm，斜柱一端与转换层中转换柱的柱脚连接，另一端与转换梁连接。

3. 3 斜柱转换和实腹梁转换的结构性能对比分析

( 1) 结构的自振周期。

由表 1 可知，斜柱转换和实腹梁转换的结构自振周期都满足《荷载规范》［5］T1= ( 0. 05 ～ 0. 10) n 的要求，同时满足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的比值不大于 0. 85 的规定。上表中斜柱转换的自振周期略大于实腹梁转换的自振周期，这是因为为了使实腹梁转换的刚度比和承载力之比满足规范规定，加厚了其落地剪力墙的厚度，造成了结构的刚度增大，周期减小。
( 2) 结构整体水平位移。如下图 5 ～ 6 分别为地震和风荷载作用下结构的水平位移，B 表示实腹梁转换，C 表示斜柱转换，X 表示 X 方向的位移，Y 表示 Y 方向的位移。从图中可知斜柱转换在地震作用和风荷载作用下与实腹梁的水平位移有一定的差别，在 X 方向斜柱转换的水平位移小于实腹梁转换的水平位移，Y 方向斜柱转换的水平位移大于实腹梁转换的水平位移，由于结构整体 X 方向的刚度小于 Y 方向的刚度，因此结构整体水平位移 X 方向大于 Y方向。

( 3) 转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比。

由表 2 可知，斜柱转换和实腹梁转换的剪切刚度比在X、Y 两个方向都满足不小于 0. 5 的要求，转换层上层二者的结构布置和剪力墙的截面尺寸没有变化，因此二者的剪切刚度变化不大。斜柱转换结构中在转换层 X、Y 方向布置的斜柱显著提高了转换层的剪切刚度，使转换层上下的刚度比更易满足要求，同时可以在满足框支柱和落地剪力墙轴压比的情况下减小其截面尺寸。
( 4) 转换梁截面高度的降低。本工程在布置斜柱的位置降低了转换梁的截面尺寸，以取得更多建筑使用空间。如表 3 所示列出了斜柱转换和实腹梁转换的部分转换梁截面尺寸，从中可以看出在布置斜柱之后转换梁的截面尺寸明显减小。

4 结 论
( 1) 斜柱转换在结构的周期和整体水平位移方面与实腹梁转换相差甚微，能取得与实腹梁转换相同的地震反应效果。
( 2) 斜柱转换能明显的改善转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比，避免层间刚度突变，传力直接、明确，同时在竖向构件的轴压比满足要求的情况下可以适当的减小该竖向构件的截面尺寸。
( 3) 斜柱转换能降低转换梁的截面尺寸，取得更多的建筑使用空间。
参 考 文 献:
［1］ JGJ 3 －2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
［2］ 李豪邦． 高层建筑中结构转换层的新形式—斜柱转换［J］． 建筑结构学报，1997，18( 2) : 41 －45．
［3］ 陈 绮． 斜柱转换与梁式转换在益辉大厦中的对比研究［D］．重庆: 重庆大学，2004．
［4］ GB 50009 －2001，建筑结构荷载规范［S］．
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