超高层高位转换框支剪力墙结构抗震设计研究

超高层高位转换框支剪力墙结构抗震设计研究

陈冬芸

深圳市华蓝设计有限公司南宁分公司

摘要：近年来，高层建筑甚至超高层建筑的发展较为迅速，以满足人们生活、办公、消费的需要。在这类建筑中，不同的使用需求和空间需求，需要设计楼层的转换层。那么，高位转换框支剪力墙结构作为重要的组成部分，其位置较高，而结构复杂，其抗震性能的设计尤为重要。本文将会对此进行分析，探讨高位转换框支剪力墙结构的抗震设计，从而提升超高层建筑的整体抗震性能和安全系数。

关键词：超高层；高位转换；框支剪力墙；抗震设计

0.引言

随着经济的发展和科学技术的进步，以及人口的不断增长和商业竞争的激烈化，促使了建筑向高层和超高层方向发展，以获得更多的使用空间、充分利用土地资源。我国的高层建筑层数逐渐增多、高度逐渐增加，建筑用途广泛，住宅、娱乐、商场、银行、教育等都是高层和超高层的用户。因而需要进行不同的空间划分，上下层的结构形式和布置就要进行改变，此时的转换层就显得非常重要了。以往的高位转换以框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构为主，而本文将要探讨的是一种复杂的框支剪力墙结构，其结构更复杂，抗震设计要求更高，应逐渐提升和完善抗震设计，保证超高层建筑的安全性能。

1.超高层建筑结构抗震性能标准

地震所释放的能量是巨大的，它所带来的危害是无法估计的。我国地域辽阔，很多地区位于地震活跃带上，是地震多发国家之一。加强预防是对抗地震的有效方式，尤其是当前很多城市的高层和超高层建筑增多，一旦发生地震，这些建筑的抗震性能显得非常重要，否则会带来非常严重的后果。带转换层的框支剪力墙超高层建筑结构，已经逐渐在很多城市建设使用，其设计理念和计算方法都比较成熟。但是，它的结构复杂、超限高层结构的规范性设计与计算规定和条款没有较为权威的研究和规定，其抗震设计缺少明确的具体目标和依据。但根据高程建筑和以往的建筑抗震性能规范，超高层建筑的抗震性能要达到以下标准：

一，结构在震后完好、无损伤，基本不需要维修即可继续使用；

二，结构在震后基本完好，个别构建出现轻微裂缝，不需要维修或者简单维修即可使用；

三，结构的重要部位及薄弱部位震后完好、无损伤，其他部位部分延性构件有显著裂缝但修理后可以继续使用；

四，结构的重要部位及薄弱部位震后遭到轻微破坏，有轻微裂缝，其他部位部分延性构件遭到中等程度的破坏，处于屈服阶段，但维修后配合安全措施仍可继续使用；

五，结构震后出现中等程度损坏，多数构件出现轻微破坏，部分构件遭到中等破坏，处于屈服阶段，裂缝明显，需及时采取安全维护措施；

六，结构震后出现中等程度的破坏，多数构件遭到中等破坏，处于屈服阶段，裂缝显著，部分构件遭到严重破坏，但不至于倒塌，不会危及生命财产安全。

2.超高层高位转换框支剪力墙结构的抗震设计要点

根据上文可知，当前的建筑的抗震性能标准是比较高的，而我国的很多建筑在震中和震后还不能完全达到这一标准，尤其是很多高层和超高层建筑，因为复杂的结构和超限的高度，其抗震设计更加成为关键。具体设计要点如下：

2.1建筑底部强化范围和抗震等级

对范围的设计。因为转换层的位置是逐渐增高的，结构传力的路径复杂程度和内力变化程度是随之增加的，那么，剪力墙底部的加强范围也要逐渐增大。具体数据计算可以采取转换层、上部两层高度或者房屋高度1/10这两者中的较大值，从而确定范围。

抗震等级的设计。建筑的部分框支剪力墙结构的抗震等级是要符合《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称高规）的相关要求的，即，当转换层的位置处于3层或者3层以上的位置时，转换层附件的内力与刚度会突然增加，极易引起薄弱层的出现，不利于抗震。根据高规的规定，结构的框支柱和剪力墙底部的加强部位的抗震等级是在规定的一级标准下提高一级的，但如果已经达到了特一级，就不需要再提高了，以此确保结构的抗震性。

2.2结构的抗震设计

首先是转换层的高度设置。转换层的位置如果较高，其下部的落地剪力墙和框支结构就会比较容易屈服和开裂，导致转换层上部的结构的墙体遭到破坏，这样的高位转换弊端对抗震是极其不利的。根据高规的规定，七八度是可以采用的，但是受限制的部分框支剪力墙的转换层位置的设计应该是七度区不能超过五层，而八度去不能超过三层。若果，实际情况是一定要超过以上规定设计，就要进行针对性的探究，并要保证框支层不能被破坏。

其次是转换构件的传力途径设计。如果上部的平面设置是比较复杂的，框支主梁承拖剪力墙加之要承拖转换次梁和它上部的剪力墙。这种多次转换的传力途径是比较长的，而且，框支主梁还要承受比较大的剪力、弯矩和扭矩，非常吃力，建议不要采用这种传力途径。若一定需要采用这种方式，就要先对应力情况进行分析计算，并按照应力校核配筋，对配筋的构造还要加强措施和稳固。设计的时候，一定要根据高规的规定，将转换层上部的竖向的抗侧力构件直接地放置在转换层的主要构件位置上，减少多次转换的弊端，提升传力效果。

2.3框支剪力墙结构的布置

按照高规的规定，落地剪力墙的底部是需要加厚设计的，框支柱周围的楼板严禁错层，框支梁上面的一层的墙体尽量不要设计门洞。另外，为了满足底部楼板的刚度需要以及上部剪力可以实现传递给落地剪力墙的目的，根据转换层层数而设计不同的标准：底部框支层1-2层，那么，落地剪力墙的间距L1≤2B（B为落地剪力墙之间的楼盖评价宽度）、24m，框支柱和相邻的落地剪力墙之间的距离L2≤12m；底部框支层≥3层，那么，落地剪力墙的间距L1≤1.5B、20m，框支柱和相邻的落地剪力墙之间的距离L2≤10m。

2.4转换梁和转换柱的截面设计

转换梁的受力是比较复杂的，其作用是比较重要的，通常它是偏心受拉的构件，其截面的受拉区域比较大，承受着较大的剪力，所以它的构造要比一般梁高很多。其截面设计为确保转换构建能达到足够的刚度传递荷载，高度≥计算跨度1/8；宽度≤框支柱相应方向截面宽度，同时≥梁上墙体截面厚度的2倍与400mm的较大值。

转换柱和转换梁的设计相似，是重要的但是也是较为薄弱的构件。根据相关规范，其设计要注意内力放大以及严格的构造措施。但是，实际设计中，还要对截面进行控制，也就是要满足柱轴压比的需要，宽度≥450mm，高度≥转换梁跨度1/2。

3.结语

超高层建筑的空间使用和结构需求是不同的，要满足不同的用户需要。高位转换层是可以满足上述需要的结构，高位转换框支剪力墙结构的抗震设计尤其重要，要对结构的不同构件进行科学的抗震设计，要符合相关规定的要求，提升设计和施工水平，不断提升此类建筑的转换层的抗震性能，确保整个建筑的抗震性能的提高。

参考文献：

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