时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘 要：本文作者结合工程实例，介绍了框支剪力墙结构转换层设计要点、构造措施和方法。
关键词：剪力墙结构;转换层设计;初探
在部分框支剪力墙结构中，转换层相关结构的受力复杂，在整体设计上必须尽量增加上下连续贯通的竖向构件数量，同时严格控制转换层上、下结构侧向刚度比、周期比、剪重比、位移比等参数指标，从宏观上满足结构的侧向刚度要求;在构件设计上必须计算全面准确，严格遵循规范的各项构造措施进行构造设计，保证构件满足承载力和正常使用要求。当上部平面布置复杂或结构底部需要满足大空间的使用要求，上部楼层部分竖向构件(剪力墙，框架柱)不能直接连续贯通落地，此时需要设置转换层，在结构转换层布置水平转换构件，将上部结构的内力转移到下部。
1 工程概况
本工程为新建项目，位于某市中心区北部，总建筑面积 2.14万㎡，其中地上面积为 1.7万㎡，地下面积为 0.44万㎡，本工程为部分框支剪力墙结构，地下 1 层，地上 28 层，房屋总高度为85.0m， 其中地下 1 层为汽车库，1、2 层为大空间商业中心，3 层以上为住宅。
本工程建筑结构的安全等级为二级，抗震设防类别为丙类， 抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅱ类，该结构转换层设在 2 层顶板，结构抗震等级为框支框架一级，底部加强部位剪力墙一级，其余剪力墙为二级，地面粗糙度类别为 C 类，基本风压值取 0.75kN/㎡(计算承载力时取 0.90kN/㎡)。
地基基础设计等级为甲级，塔楼范围内采用筏板基础，筏板厚度 1600mm, 强风化花岗岩为基础持力层， 裙房柱下设独立基础，空余地方为防水板，板厚 350mm。
2 结构设计要点
本工程采用中国建筑科学研究院编制的 PKPM-SATWE 程序进行计算，计算模型采用空间杆单元模拟梁柱构件，用在壳单元基础上形成的墙元模拟剪力墙。
2.1 根据《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称《高规》)3.5.4 条，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。 由于结构底部需要满足大空间的使用要求，住宅剪力墙只有核心筒及少数剪力墙可以落地，其余剪力墙均无法直接落地。为提高转换层以下的结构刚度，保证整体结构的抗侧力，在不影响建筑使用功能的前提下，落地剪力墙的厚度加厚至 600mm。
2.2 刚度比的的控制。为保证主体结构沿竖向刚度均匀，转换层与相邻上层的刚度接近，避免刚度突变而形成薄弱层，本工程转换层位于2 层顶，根据《高规》第 10.2.3 条规定，可近似采用转换层与请相邻上层结构的等效剪切刚度比 γe1表示转换层上、下层结构刚度变化，γe1宜接近 1，抗震设计时 γe1不应小于 0.5，为保证此要求，采取梁以下几条措施：
2.2.1 在不影响建筑使用功能的前提下，落地剪力墙的厚度加厚至600mm，减小剪力墙开洞尺寸，增大转换柱与落地剪力墙的联系梁截面，增大转换层的结构刚度;
2.2.2 在保证上部住宅剪力墙的强度、轴压比及层间位移满足规范要求的前提下，尽量减少上部住宅剪力墙的数量与长度，减薄厚度至250mm、200mm，增大上部住宅剪力墙的开洞尺寸。
采取以上措施以后，转换层上、下层的刚度比满足《高规》中的第10.2.3 条 要 求 ，X 方 向 下 部 刚 度 为 0.3351×108，X 方 向 上 部 刚 度0.5681×108,X 方向刚度比为 0.59;Y 方向下部刚度为 0.2834×108，Y 方向上部刚度 0.4890×108,Y 方向刚度比为 0.58。
此外，并按《高规》第 3.5.8 条规定，对转换层所在楼层的地震作用标准值的剪力乘以 1.25 的增大系数，此处应在 SATWE 软件中人工指定该增大系数。
2.3 承载力比值的控制。按《高规》第 3.5.3 条规定，A 级高度高层建筑的楼层抗侧力的层间受剪承载力不宜小于其相邻上一层受剪承载力的 80%，且不应小于其相邻上一层受剪承载力的 65%，本工程的 X 方向最小楼层抗剪承载力之比为 0.99，位于 16 层，Y 方向最小楼层抗剪承载力之比为 1.00，位于 10 层。
2.4 剪重比的控制。控制剪重比，是要求结构承承受足够的地震作用力，设计时不能小于规范的要求。剪重比是反映地震作用大小的重要指标，它可以由\"有效质量系数\"来控制，当\"有效质量系数\"大于 90%时，可以认为地震作用满足规范要求，此时，再考察结构的剪重比是否合适，否则应修改结构布置、增加结构刚度，使计算的剪重比能自然满足规范要求。有效质量系数与振型个数有关，如果有效质量系数不满足 90%，则可以通过增加振型数来满足。
本工程在 SATWE 中设计时选取了 15 个振型进行计算，在 WZQ.OUT 结果文件中查看 X、Y 向有效质量系数及楼层最小剪重比如下：
X 方向的有效质量系数: 99.94%
Y 方向的有效质量系数: 99.50%
X 方向楼层最小剪重比：2.02%
Y 方向楼层最小剪重比：2.24%
两个方向有效质量系数均超过 90%，说明计算振型数够了。两个方向的楼层最小剪重比均满足《抗震规范》第 5.2.5 条要求的楼层最小剪重比 1.60%。
2.5 位移角及位移比的控制。为保证结构的正常使用，高层建筑应具有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。地震作用下，本工程楼层(框支层)的最大位移角和位移比如下：#p#分页标题#e#
X 方向楼层(框支层)的最大位移角: 1/1693(1/3610)
Y 方向楼层(框支层)的最大位移角: 1/1861(1/5158)
X 方向楼层最大位移与层平均位移的比值：1.19
X 方向楼层最大层间位移与平均层间位移的比值：1.19
Y 方向楼层最大位移与层平均位移的比值：1.18
Y 方向楼层最大层间位移与平均层间位移的比值：1.18
风荷载作用下，本工程楼层(框支层)的最大位移角如下：
X 方向楼层(框支层)的最大位移角: 1/1226(1/4115)
Y 方向楼层(框支层)的最大位移角: 1/1210(1/4149)
由上面的结果可知， 主体结构的水平位移限值满足 《高规》第3.7.3 条的规定。
3 转换层的设计
3.1 框支柱的计算与构造
框支柱的截面有 1.2m×1.2m、1.0m×1.0m 两种，按照多道防线的概念设计要求，控制并调整框支柱的总剪力不小于 0.2V0，为确保框支柱的延性，框支柱的轴压比控制在 0.6 以内，少数剪跨比小于 2 但大于1.5 的框支柱的轴压比控制在 0.55 以内， 框支柱的配筋率为 1.5%，体积配箍率为 1.6%～1.8%，框支柱的箍筋沿全高加密，并在框支柱中间设置芯柱，框支柱的纵筋全部采用机械连接。
3.2 转换梁的计算与构造
转换梁的计算采用 SATWE 计算，转换梁的截面有 1000mm×1800mm、600mm×1000mm 等， 本工程的转换梁的计算配筋率 0.6%～0.7%，均大于《高规》要求的 0.5%配筋率要求，转换梁的腰筋间距均小于 200，直径为 18, 转换梁的箍筋沿全长加密，间距为 100mm，直径为 12、 14，并在集中力较大处设置附加吊筋，直径为 25， 同时为了保证转换梁的裂缝宽度和挠度满足规范的要求，在配筋率、配箍率上做适当的调整。
3.3 转换层楼板
在部分框支剪力墙结构中，转换层楼板是重要的传力构件，不落地剪力墙的剪力需要通过转换层楼板传递给落地剪力墙，造成转换层的楼板应力较为集中。利用 Midas Building 的详细分析功能，采用有限元分析方法，对转换层的转换梁、楼板及其相邻上一层的剪力墙、楼板进行详细分析。从分析结果可知，转换层楼板内力比相邻层楼板内力大很多，是需要重视的结构部位。值得注意的是，为考虑实际结构三维空间盒子效应，形成更好的整体刚度，该工程对地下室顶板、转换层楼板的厚度取 180mm，双层双向配筋，同时转换层的上一层楼板亦按高规 10.2.23 条：\"与转换层相邻层的楼板也应适当加强\"，采取了\"楼板厚度 150mm，双层双向配筋\"的措施加强构造，此外，屋面板的厚度亦加厚至 120mm，双层双向配筋。
4 结语
目前转换层的结构形式可分为：梁式转换、厚板转换，空腹桁架转换，箱型转换，悬挂转换，搭接柱(块)转换等。结构转换层常见的有梁式转换和板式转换两种类型。厚板转换结构，受力、传力途径比较复杂，且不够明确、自重大，一般只有在上下部结构明显不协调，无法采用梁式转换结构时才采用厚板转换。梁式转换结构具有传力直接、传力途径清晰，同时受力性能较好、工作可靠、计算简便、构造简单、造价较低及施工方便等优点，是目前得到广泛应用的转换结构形式。
参考文献：
[1]JGJ3-2010高层建筑钢筋混凝土结构技术规程[S].
[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].
[3]李国胜.多高层建筑转换结构设计要点与实例[J].
