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篇1

本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結構設計中的一些問題進行探討，提出個人看法，供結構設計人員參考

1異形柱結構型式及其計算

異形柱結構型式有異形柱框架結構、異形柱框架—剪力墻結構和異形柱框架—核心筒結構。

異形柱結構自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結構不同。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此，對異形柱結構應按空間體系考慮，宜優先采用具有異形柱單元的計算程序進行內力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計算時不應將異形柱按剪力墻建模計算。

當采用不具有異形柱單元的空間分析程序（如TBSA5.0）計算異形柱結構時，可按薄壁桿件模型進行內力分析。

對異形柱框架結構，一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內力與位移分析。當剛度相等時，矩形柱比異形柱的截面面積大。一般，比值（A矩／A異）約在1.10-1.30之間［1］。因此，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數值不能直接應用于異形柱，建議用比值（A矩／A異）對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。

對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，由于異形柱分擔的水平剪力很小，由此產生的翹曲應力基本可以忽略，為簡化計算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻（或核心筒）結構進行內力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡便。但應注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：

(1)A矩=A異；(2)b/h=(Ix異／Iy異)1/2

式中，A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積；

b、h——分別為矩形截面的寬和高；

Ix異、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。

一般，按面積等效計算時，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，計算分析表明［2］，按面積等效與按剛度等效的計算結果是接近的。

異形柱的截面設計，可根據上述方法得出的內力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。

2短肢剪力墻結構及其計算

短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型、配筋方式和構造要求均同于普通剪力墻結構。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉角沿縱軸的導數），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結構布置復雜（如有轉換層）時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當結構布置復雜時變形不協調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短（一般為墻厚的5-8倍），本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結構能較好地反映結構的受力，精度較高。

對設有轉換層的短肢剪力墻結構，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支。框支剪力墻是受力面向受力點過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續和力的正確傳遞。因此，帶有轉換層的短肢剪力墻結構宜優先采用墻元模型軟件（如SATWE）進行計算。當然，從整體上的內力（特別是下部支承柱的內力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當的處理，還是可以用TAT、TBSA對結構進行整體計算的［3］。

3異形柱的受力性能及其軸壓比控制

天津大學的試驗研究結果表明［4］：異形柱的延性比普通矩形柱的差。軸壓比、高長比（即柱凈高與截面肢長之比）是影響異形柱破壞形態及延性的兩個重要因素。

異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態下，各肢產生翹曲正應力和剪應力。由于剪應力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現裂縫，即產生腹剪裂縫，導致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。

作為異形柱延性的保證措施，必須嚴格控制軸壓比，同時避免高長比小于4（短柱）。控制柱截面軸壓比的目的，在于要求柱應具有足夠大的截面尺寸，以防止出現小偏壓破壞，提高柱的變形能力，滿足抗震要求。廣東《規程》按建筑抗震設計規范（GBJ11—89）中所規定的柱子軸壓比降低0.05取用（按截面的實際面積計算）；天津《規程》則根據箍筋間距與主筋直徑之比、箍筋直徑及抗震等級共同確定，其要求比廣東《規程》嚴格，例如，對s/d＝5、4（即箍筋間距s＝100mm，縱筋直徑d分別為20mm、25mm的情況），箍筋直徑dv＝8mm，抗震等級為三級的L形截面，其軸壓比限值分別為0.60，0.65。異形柱是從短肢剪力墻向矩形柱過渡的一種構件，柱肢截面的肢厚比（即肢長／肢寬）不大于4。《高規》（JGJ3—91）第5.3.4條，“抗震設計時，小墻肢的截面高度不宜小于3bw”，“一、二級剪力墻的小墻肢，其軸壓比不宜大于0.6”。根據上述分析，為便于應用，建議在6度設防區，對于異形柱框架結構，L形截面柱的軸壓比不應超過0.6（按截面的實際面積計算，下同），T形截面柱的的軸壓比不應超過0.65，十字形截面柱的軸壓比不應超過0.8；對于異形柱框架—剪力墻（或核心筒）結構，由于框架是第二道抗震防線，所以框架柱的軸壓比限值可放寬到0.65（L形）、0.70（T形）、0.90（＋字形），但對于轉換層下的支承柱，其軸壓比仍不應超過0.60。

短柱在壓剪作用下往往發生脆性的剪切破壞，設計中應盡量避免出現短柱。根據高長比不宜小于4，在梁高為600mm的前提下，當標準層層高為3.0m時，異形柱的最大肢長可為600mm；底層層高為4.2m時，肢長可為900mm。

4短肢剪力墻結構中轉換層的設置高度及框支柱

在現代高層住宅的地下室和下部幾層，由于停車和商業用房需較大空間，就得通過轉換層來實現。在短肢剪力墻結構中，一般都只將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支。

據研究表明［5］，“框支剪力墻結構當轉換層位置較高時，轉換層附近層間位移角及內力分布急劇突變，內力的傳遞僅靠轉換層一層樓板的間接傳力途徑很難實現；轉換層下部的‘框支’結構易于開裂和屈服，轉換層上部幾層墻體易于破壞。這種結構體系不利于抗震。高烈度區（9度及9度以上）不應采用；8度區可以采用，但應限制轉換層設置高度，可考慮不宜超過3層；7度區可適當放寬限制。”因此，建議在6度抗震設防區，短肢剪力墻結構中轉換層設置高度不宜超過5層，避免高位轉換。轉換層上下的層剛度比γ宜接近1，不宜超過2。轉換層位置較高時，宜同時控制轉換層下部“框支”結構的等效剛度（即考慮彎曲剪切和軸向變形的綜合剛度），使EgJg與EcJc接近。EgJg為剪力墻結構的等效剛度，剪力墻結構高度取框支層的總高度，其平面和層高與轉換層上部的剪力墻結構相同；EcJc為轉換層下部“框支”結構的等效剛度。研究表明［5］，“控制轉換層下部‘框支’結構的等效剛度對于減少轉換層附近的層間位移角和內力突變是十分必要的，效果也很顯著。”

規范對框支柱的內力、軸壓比、配筋等的要求都嚴于普通柱。框支剪力墻結構當轉換層位置較高時，如何定義框支柱，涉及到安全與經濟的問題。根據圣維南原理，局部處理的影響只限于局部范圍，所以當轉換層位置較高（如高位轉換）時，除轉換層附近樓層的內力較復雜外，下面的結構受到的影響很小，應與普通框架結構基本一樣，不必按框支柱處理。文獻［6］計算了兩個28層的結構，一為內筒外框架結構，一為內筒外框支結構，轉換層設在18層。計算結果表明，轉換層下二層的內力影響很大，下三層的內力誤差最大為15%，下五層的內力已比較接近（最大誤差小于10%）,下八層的內力已基本一樣（最大誤差小于5%）。這說明框支柱只需在五層范圍內加以考慮，其它層的柱子按普通框架柱處理即可。因此，建議當轉換層位置不超過五層時，轉換層下的各層柱均按框支柱處理；當轉換層位置超過五層時，轉換層下相鄰的五層柱按框支柱處理，而其它層的柱按普通框架柱處理。由于高位轉換對抗震不利，所以結構設計中應盡量避免高位轉換。

5短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節及概念設計

振動臺模擬地震試驗結果表明［7］，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節。當有扭轉效應，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，底部的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，更應加強概念設計和抗震構造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物質心盡量接近，以減小扭轉效應；適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度（宜取250mm，對底部的小墻肢根據需要可取用300mm），加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力和延性；高層結構中連梁是一個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；短肢剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一”字形墻肢；短肢剪力墻底部加強部位的配筋應符合規范要求；等。

參考文獻：

［1］戴教芳．多層框架異形柱設計探索［J］.工業建筑,1996,26(1):33-35.

［2］龍衛國．異形柱受力性能及結構設計有關問題探討［J］．四川建筑，2000,20(2):50-52.

［3］趙玉祥．鋼筋混凝土高層建筑設計中若干問題的探討［J］．建筑結構學報.1998，19(2):12-22.

［4］趙艷靜等．鋼筋混凝土異形截面雙向壓彎柱延性性能的理論研究［J］．建筑結構.1999,29(1):16-21.

篇2

剪力墻的特點是外平面承載力小，內平面承載力大，外平面剛度小，內平面剛度大，因此，當剪力墻和外平面方向的梁連接時，會產生墻肢平面外彎矩，因此，在設計過程中，要盡量避免剪力墻的外平面搭接。在進行剪力墻結構設計時，要盡量沿著主軸的方向進行多向布置，盡可能的將不同方向的剪力墻連接在一起，但要防止出現拉通對直的現象;在進行抗震設計時，要盡量保證兩個方向的側向剛度相同，并且剪力墻結構要盡量簡單，防止出現單向有墻的情況，同時要盡量保證各個方向的剪力墻分布均勻，從而充分發揮剪力墻結構的工作性能。剪力墻的數量要科學、合理，如果剪力墻比較多，會增加抗側力的剛度，從而引起震力和重力的增加;如果剪力墻數量比較少，結構的抗側力則會減小。

3建筑結構設計中剪力墻結構設計的應用

3．1剪力墻平面布置

在進行剪力墻平面布置時，要盡量防止出現單向有墻的情況，剪力墻要沿著主軸及其他方向進行雙向、多向布置;剪力墻的抗側力剛度不能太大，一般情況下，為了充分發揮剪力墻結構的抗側力剛度和承載力，可以適當的增加剪力墻的間距，從而保證剪力墻結構的抗側力剛度合適。設計人員可以根據經驗公式T=(0．05－0．06)n(其中n為層數)，計算出T值，從而判斷剪力墻的數量及側向剛度。如果計算結果T比搭模計算周期T1大，則可以適當的增加剪力墻的數量;如果計算結果T比搭模計算周期T1小，則說明剪力墻比較多，可以適當的減少剪力墻的數量或者鑿開一些合理的孔洞，降低剪力墻的剛度。

3．2約束邊緣構件處理

無約束邊緣構件剪力墻和有約束邊緣構件剪力墻相比較，其極限承載力降低40%，極限層間位移角就會減少一倍，對地震能量的消耗能力就會減少20%，因此，在設計剪力墻結構時，要根據不同級別的剪力墻軸壓比，選用相對應的邊緣構件。剪力墻邊緣構件可以分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩種情況，對于一級剪力墻和二級剪力墻結構，當剪力墻底部加強部位上面的普通部位和三級、四級非抗震設計建筑底部加強部位軸壓比小于相關規定時，要設置構造邊緣構件;當一級剪力墻和二級剪力墻結構，當剪力墻底部加強部位和高層建筑、重力荷載作用下墻體的軸壓比大于相關規定，要設置約束邊緣構件。

3．3剪力墻墻身鋼筋

在進行剪力墻結構設計時，一般情況下，對于四級抗震設計和非抗震設計，剪力墻水平方向和垂直方向的分布筋配筋率不能小于0．20%;對于一級、二級、三級抗震設計，剪力墻水平方向和垂直方向的分布筋配筋率要小于0．25%。

3．4剪力墻連梁問題

在剪力墻結構中，在水平荷載的作用下，墻肢會發生變形，從而引起連梁產生內力，這時連梁端部的內力會減小連接墻肢產生的變形內力，從而約束墻肢變形，連梁對剪力墻結構十分重要，因此，在進行剪力墻結構設計時，要注意連梁問題的處理。連梁超筋是剪力墻連梁常見的問題，其本質是剪力剪壓比無法滿足相關要求，當墻段比較長時，連梁容易超筋的部位大多集中在中間段;當墻段中墻肢截面高度相差比較大，并且分布不均勻時，墻肢處連梁容易出現超筋現象。出現連梁超筋現象后，可以采用以下幾種方法進行處理:(1)可以通過調整剪力墻中連梁彎矩剪力塑形進行處理;(2)根據實際情況，適當的減少連梁截面高度;(3)當連梁破壞對垂直方向的荷載影響不大時，可以從地震作用的角度進行思考，放棄使用該連梁，計算獨立墻肢在多遇地震情況下的結構內力，墻肢配筋則應按照兩次計算得出的大內力進行。

4建筑剪力墻結構設計的要求

4．1平面結構布置

平面結構要具有良好的整體性，同時要做到簡單、均勻對稱、規則，對于長度、寬度比較大，或者不規則的平面結構，要設置合理的溫度伸縮縫，從而有效地提高結構的整體性，為增強抗扭效果，要盡量沿著周邊布置剪力墻，對于質量中心和結構剛度中心偏差比較大的結構，在地震作用下，受扭轉力的影響會產生巨大的破壞，因此，在設計過程中要注意盡量將質量中心和結構剛度中心重合在一起。

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1 工程概況

某高層住宅建筑，分為A、B、C 3棟，一共16層，地下室為2 層，層高為 3.6m和4.5m，A、B棟主體結構層高61m，；地上1層為居民活動空間，高5.2m；2～16層為住宅，層高 2.9m，以上至屋頂層高均為 3.0m。

2 結構設計

2.1 轉換體系的選取與計算

框支轉換層樓板在地震中受力變形較大，其在整體電算中的模型選擇很關鍵。由于工程轉換梁上部層數多，地震時樓板將傳遞相當大的地震力，其在平面內的變形是不可忽略的。因此采用彈性板或彈性膜的計算模型較為適宜。由于彈性板的平面外剛度在整體計算中已被計入，相當于考慮了板對梁的卸荷作用，會使梁的設計偏于不安全。在進行整體結構分析時，將轉換層樓板用彈性膜單元模擬。

2.2 嵌固端與轉換層樓板板厚的確定

工程以±0.000 板作為嵌固端，既保證上部結構的地震剪力通過地下室頂板傳遞到全部地下室結構，同時能夠保證上部結構在地震作用下的變形是以地下室為參照原點。《抗規》第 6.1.14 條規定：當地下室頂板作為上部嵌固端部位時，地下室結構的側向剛度與上部結構的側向剛度之比不宜小于2。故地下室頂板厚度取200mm，同時，為了有效地將水平地震力傳遞給剪力墻，在應力集中的樓層，將樓板厚度加大，轉換層樓板取180mm，與其相鄰的層也適當加厚至150mm。

考慮抗震需要，施工圖階段時更有意提高轉換層配筋率，使單層配筋率達到0.35%，以進一步提高轉換層樓板和框支大梁共同作用的能力。考慮到梁寬大于上部剪力墻的兩倍，寬度較寬，對邊轉換梁，板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內滿足錨固要求即可，而是要求必須貫穿梁截面，以確保梁內扭矩在板上的有效傳遞。

2.3 框支柱與剪力墻底部加強部位墻厚的設計

框支柱作為框支剪力墻結構體系中重要的構件，它的安全度直接決定了整棟建筑的抗震潛力，因而框支柱的延性和承載力成為設計的關鍵。框支柱應在計算的基礎上，通過概念設計和抗震措施進行設計。調整框支柱總剪力不小于0.30，框支柱的抗震等級定位一級，為了增加其延性，軸壓比不超過 0.4，其最小配箍特征值比一級增加 0.02 采用，框支層剪力墻軸壓比控制在 0.6 以內，以保證剪力墻有足夠的剛度。

抗震設計時，剪力墻的底部加強部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內采取增加構造邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施，避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。為了保證底部加強部位處剪力墻的平面外剛度和穩定性，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（以下簡稱《抗規》）及《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010（以下簡稱《高規》）分別規定了剪力墻底部加強部位墻厚的取值。其中，考慮到高層建筑結構的重要性，《高規》對墻厚的取值更加嚴格。取《高規》第 10.2.2 條規定：帶轉換層的高層建筑結構，其剪力墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，宜取至轉換層以上兩層且不宜小于房屋高度的 1/10。

2.4 轉換層上、下結構側向剛度比的確定

工程實踐中，框支剪力墻結構體系是對結構本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側剛度，使上下剛度接近，《高規》規定：需要抗震設防時，轉換層上下剛度比不應大于 2，同時不應小于 1。為了滿足此要求，對底部的落地芯筒及少量的落地剪力墻均予以加厚，落地芯筒周邊墻體加厚至300mm（上部為250mm），少量的落地剪力墻加厚至 400mm（上部為250mm），同時轉換層以下的混凝土強度等級定位 C45（上部為C35），最終大部分單元剛度比均控制在1.4左右，只有少數單元較大，但也控制在1.8以內。

由于高層結構中轉換層的出現，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑會有很大的改變。如何計算轉換層上、下結構側向剛度比是帶轉換層高層建筑結構設計時必須解決的主要問題。《高規》附錄 E 分別規定了底部大空間層數不同，轉換層上、下結構側向剛度比的計算方法。其中轉換層上、下結構的等效側向剛度比的計算綜合考慮了豎向抗側力構件的抗剪剛度和抗彎剛度，因此更能反映帶轉換層的高層結構沿高度方向剛度變化的實際情況。轉換層上、下結構的等效側向剛度比按公式（1）計算，為了便于計算頂部位移，可以將頂部單位水平力適當放大。

1H2

γe≤ （1）

2H1

結構設計時可以應用“高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件”（SATWE）計算轉換層上、下結構的等效側向剛度比，具體計算步驟如下：①采用 PMCAD 建立結構計算模型；②采用 SATWE 前處理程序形成風荷載數據文件 WIND.SAT；③分別修改計算模型的風荷載數據文件，將頂層剛性樓板的 X、Y向風荷載的 X、Y軸均設置為500kN，Z 軸扭轉分量設置為 0，其余各層 X、Y 向風荷載的X、Y 軸分量以及Z軸扭轉分量均設置為 0；④運行SATWE中結構分析及構件內力計算程序，求出計算模型 1、2的頂部位移；⑤應用公式（1）即可求解出轉換層上、下結構的等效側向剛度比。

通過上述方法計算得出的轉換層上、下結構的等效側向剛度比宜接近 1，非抗震設計時不應大于 2，抗震設計時不應大于 1.3。

2.5 抗震設計

框支剪力墻結構的局部加強范圍，對本工程來說，取框支部分所臨近兩個2～3個開間所包圍的區域。在進行框支柱、梁內力調整時可按此調整加強部位有關剪力墻、框支柱和梁的內力。局部框支加強范圍以外，可按剪力墻結構設計。兩者交接部分應加強連接構造，如板邊設暗梁、梁板配筋加強等，以保證水平剪力傳遞。

建筑專業為了立面處理的需要，希望在建筑平面的角部開窗，墻體角部在地震作用下，是較敏感的部位，特別當結構平面不規則時，由于平面的扭轉，引起內力重分布，將使震害加劇，使得此處的連梁分配更多的地震力，容易產生連梁的超筋問題。因此，需要對此處的連梁采取構造加強措施，本工程主要采用了以下幾點：①角部開窗的墻體為無翼緣墻體，《抗規》6.4.1 條規定墻體厚度，當無端柱或翼墻時不應小于層高的 1/12，本住宅層高 2.9～3.0m，故角部房間墻段厚度取250mm；②由于角部墻體無翼緣，延性較差，應在墻體端部設置暗柱，并適當的加強配筋；③為了增加墻體平面外的穩定性，可在每層樓板角部處附加鋼筋板帶配10Φ12mm 鋼筋，兩端各錨入暗柱內，長度≥35d。樓層加強，雙層雙向且均按受拉鋼筋錨固于墻內和梁內。

3 結構設計中應注意問題

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一．引言

隨著我國現代高層建筑高度的不斷增加，建筑的功能也日趨復雜，在高層建筑豎向立面上的造型也呈現多樣化。在某些建筑結構中，通常會要求上部的框架柱或是剪力墻不落地，在建筑結構中需要設置較大的橫梁和桁架來作為支撐，甚至有時要改變豎向的承重體系，此時就要求設置轉換構件，將上部和下部兩種不同的豎向結構進行過度和轉換，通常這種轉換構件占據約為一至二層，這種轉換構件即為轉換層。結構轉換層在很大程度上改變了建筑的結構體系，在進行設計時要慎重考慮。

二.轉換層結構施工特點

由于高層建筑結構下部樓層受力很大,上部樓層受力較小,正常的結構布置應是下部剛度大、墻體多、柱網密,而到上部則逐漸減少墻體及柱的布置,以擴大柱網。這樣,結構的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此,為了適應建筑功能的變化,就必須在結構轉換的樓層設置水平轉換構件,部分豎向構件在轉換層處被打斷,使豎向力的傳遞被迫發生轉折,而轉換層就是實現轉折功能的大型水平構件。轉換層的結構形式一般有以下幾種構成：箱式轉換、梁式轉換、空腹桁架式轉換、桁架式轉換、板式轉換和斜撐式轉換等。 帶轉換層的高層建筑是一受力復雜、不利抗震的結構體系,該結構及其支撐系統有自身的特點。眾多高層建筑采用梁式轉換層進行結構轉換,這主要是由于:

1.轉換層設計帶轉換層的多高層建筑,轉換層的下部樓層由于設置大空間的要求,其剛度會產生突變,一般比轉換層上部樓層的剛度小,設計時應采取措施減少轉換層上、下樓層結構抗側剛度及承載力的變化,以保證滿足抗風、抗震設計的要求。轉換構件為重要傳力部位,應保證轉換構件的安全性。2.8度抗震設計時除考慮豎向荷載、風荷載或水平地震作用外。還應考慮豎向地震作用的影響,轉換構件的豎向地震作用,可采用反應譜方法或動力時程分析方法計算;作為近似考慮,也可將轉換構件在重力荷載標準值作用下的內力乘以增大系數1.1。

2.經濟指標

從抗剪和抗沖切的角度考慮,轉換板的厚度往往很大。一般可2.0m~2.8m 。這樣的厚板一方面重量很大,增大了對下部垂直構件的承載力設計要求,另一方面本層的混凝土用量也很大。

轉換梁常用截面高度為1.6~4.0m,只有在跨度較小以及承托的層數較少時才轉換梁常用截面高度0.9~1.4m,而跨度較大且承托較大且承托的層數較多時,或構件條件特殊時才采用較大的截面高度4.0~8.2m 。

3.抗震性能

由于厚板集中了很大的剛度和質量,在地震作用下,地震反應強烈。不僅板本身受力很大,而且由于沿豎向剛度突然變化,相鄰上、下層受到很大的作用力,容易發生震害。以往的模型振動臺試驗研究表明,厚板的上、下相鄰層結構出現明顯裂縫和混凝土剝落。另外,試驗還表明,在豎向荷載和地震力共同作用下,板不僅發生沖切破壞,而且可能產生剪切破壞,板內必須三向配筋。

4.轉換層結構的基本功能

從結構角度看，轉換層結構的功能主要有：

(1)上、下層結構形式的轉換

這種轉換層廣泛用于剪力墻結構和框架--剪力墻結構，將上部的剪力墻轉換為下部的框架。

(2)上、下層結構軸網的轉換

轉換層上下結構形式沒有改變，但通過轉換層使下層柱的柱距擴大，形成大柱網，這種形式常用于外框筒的下層以形成較大的入口。

(3)下、下層結構形式和結構軸網同時轉換

上部樓層剪力墻結構通過轉換層改變為下部框架結構的同時，下部柱網軸線與上部剪力墻的軸線錯開，形成下、下結構不對齊的布置。

5.轉換層結構設計方法存在的問題

目前在多、高層建筑中，絕大多數的開發商都會要求建筑物具有完備的建筑功能，建筑師在建筑設計中也往往首先想到采用結構轉換層來完成上、下層建筑物功能的轉換。但一些結構設計人員在實際進行轉換層設計時顯得無從下手，沒有可操作、可遵循的設計思路、設計原則來進行結構設計。造成這種現象的主要原因是當前轉換層設計沒有相關的可遵循的設計準則，使設計人員難以進行結構選型、截面確定、計算模型確定、計算方法確定，計算結果應用以及配筋方法的實施等一系列結構設計步驟。這種現狀與我國當前高層建筑的迅猛發展足不適應的。轉換結構層具有與一般結構層相比結構重量大、結構層剛度大、幾何尺寸超大、受力復雜等特點。這樣的尺寸和重量意味著轉換結構組成了建筑物的主要構件。它們設計的是否合理、安全、經濟對整個結構的安全性、結構造價、施工費用等有著重要影響。現有的轉換層設計方法，主要是針對形式簡單、受力相對簡單的轉換梁，對于受力復雜的轉換梁還沒有深入研究。即便是對于形式簡單的轉換梁，其受力性能也沒有完全清楚，而往往是互相混淆，設計概念小明確，設計原則不準確。

三. 帶結構轉換層的高層建筑結構設計

1. 帶轉換層的高層建筑結構設計原則

高層建筑中轉換層的設置造成建筑物豎向剛度的突變，地震作用時在轉換層上下容易形成薄弱環節，對結構抗震不利，故轉換層結構在設計時應遵循以下原則：

（1）為防止沿豎向剛度變化過于懸殊形成薄弱層，設計中應考慮使上、下層剛度比γ≤2，盡量接近1。這樣才能保證結構豎向剛度的變化不至于太大，使上柱有良好的抗側力性能，減少豎向剛度變化，有利于結構整體受力。

（2）盡可能減少需結構轉換的豎向構件，直接落地的豎向構件越多，轉換結構越少，轉換層造成的剛度突變就越小，對結構抗震更有利。

（3）設計中應保證轉換層有足夠的剛度，一般應使梁高度不小于跨度的1/6，才能保證內力在轉換層及其下部構件中分配合理，轉換梁、剪力墻柱有良好的受力性能，能較好的起到結構轉換作用。

（4）必須控制框支剪力墻與落地剪力墻的比例，當剪力墻較多且考慮抗震時，橫向落地剪力墻數目與橫向墻總數之比不宜少于50%，非抗震時不宜少于30%。

（5）轉換層以上的剪力墻和柱子應盡量對稱布置，梁上立柱應盡量設在轉換梁跨中，以免轉換梁變形時，在梁上立柱的柱腳處產生較大轉角，帶動立柱柱腳產生較大變形，引起柱的彎曲及剪切，使立柱產生很大的內力而超筋。

（6）轉換層結構在高層建筑豎向的位置宜低不宜高。轉換層位置較高時，易使框支剪力墻結構在轉換層附近的剛度、內力和傳力途徑發生突變，并易形成薄弱層，對抗震設計不利，其抗震設計概念與底層框支剪力墻結構有較大差異。當必須采用高位轉換時，應控制轉換層下部框支結構的等效剛度，即考慮彎曲、剪切和軸向變形的綜合剛度，這對于減少轉換層附近的層間位移角及內力突變是十分必要的，效果也很顯著。另外，對落地剪力墻間距的限制應比底層框支剪力墻結構更嚴一些。對平面為長矩形的建筑，落地剪力墻的數目應多于全部橫向剪力墻數目的一半。

2.轉換層的應用

（1）梁式轉換層

作為目前高層建筑結構轉換層中應用最廣的結構形式，它具有傳力直接明確及傳力途徑清晰，同時受力性能好、工作可靠、構造簡單、計算簡便、造價較低及施工方便等優點。轉換梁不宜開洞，若必須開洞則洞口宜位于梁中和軸附近。轉換梁有托柱與托墻兩種形式，其截面設計有4種方法，即普通梁截面設計法、偏心受拉構件截面設計法、深梁截面設計法和應力截面設計法。轉換梁的截面尺寸一般由剪壓比（mv=Vmax/febh0）計算確定，應具有合適的配箍率，以防發生脆性破壞，其截面高度在抗震和非抗震設計時應分別小于計算跨度的16和18。（2）厚板轉換層 當轉換層上、下柱網軸線錯開較多而難以用梁直接承托時，可采用厚板轉換層，但厚板的巨大荷載會集中作用于建筑物中部，振動性能復雜，且該層剛度很大、下層剛度相對較小，容易產生底部變形集中，其傳力途徑十分復雜，是一種對抗震十分不利的復雜結構體系，應進行整體內力分析、動力時程分析及板的內力分析等。厚板的厚度可由抗彎、抗剪、抗沖切計算確定；可局部做成薄板，厚薄交界處可加腋或局部做成夾心板，一般厚度可取2.0～2.8m，約為柱距的1/3～1/5。厚板應沿其主應力方向設置暗梁，一般可在下部柱墻連線處設置。轉換層厚板上、下一層的樓板應適當加強，樓板厚度不宜小于150mm。

(3）箱式轉換層

當需要從上層向更大跨度的下層進行轉換時，若采用梁式或板式轉換層已不能解決問題，這種情況下，可以采用箱式轉換層。

它很像箱形基礎，也可看成是由上、下層較厚的樓板與單向托梁、雙向托梁共同組成，具有很大的整體空間剛度，能夠勝任較大跨度、較大空間、較大荷載的轉換。

(4)桁架式轉換層

這種形式的轉換層受力合理明確，構造簡單，自重較輕，材料節省，能適應較大跨度的轉換，雖比箱式轉換層的整體空間剛度相對較小，但比箱式轉換層少占空間。

(5)空腹桁架式轉換層

這種形式的轉換層與桁架式轉換層的優點相似，但空腹桁架式轉換層的桿系都是水平、垂直的，而桁架式轉換層則具有斜撐竿。空腹桁架式轉換層在室內空間上比桁架式轉換層好，比箱式轉換層更好。

四．結束語

高層建筑的迅速發展，從以往的簡單體型和功能單一的時代開始走向體型復雜，建筑的功能呈現多樣化發展。在高層結構設計中，帶轉換層結構設計不能簡單設置成“承上啟下”，而要在實際結構上實現上部結構和下部結構的過度和轉換。

參考文獻：

[1] 熊進剛 李艷 帶結構轉換層的高層建筑結構設計[期刊論文] 《南昌大學學報(工科版)》 ISTIC -2002年4期

[2]季靜 韓小雷 楊坤 鄭宜 Ji Jing Han XiaoLei Yang Kun Zheng Yi帶主次梁轉換層的超限高層建筑結構設計[期刊論文] 《結構工程師》 ISTIC -2005年2期

[3]丁奇峰 帶結構轉換層的高層建筑結構設計 [期刊論文] 《城市建設理論研究（電子版）》 -2013年6期

[4]韓小雷 楊坤 鄭宜 季靜 帶梁式轉換層的超限高層建筑結構設計[期刊論文] 《昆明理工大學學報（理工版）》 ISTIC PKU -2004年6期

[5]黃瑛 帶轉換層高層結構綜合樓設計 [期刊論文] 《鐵道標準設計》 ISTIC PKU -2005年1期

篇5

Key words： section frame supported shear wall; structural design; seismic Policy

中圖分類號：TU398+.2 文章標識碼：A

0 引言

隨著我國經濟及社會的快速發展，我國城市化率越來越高，城市有限的空間及土地資源已經很難滿足人們的需求，因此為了爭取更大的建筑空間，高層建筑越來越多。同時，為了更為有效地利用地面的空間，部分框支剪力墻結構設計越來越多地應用在現代建筑的結構設計中。基于此論文對部分框支剪力墻結構設計與抗震策略進行了較為系統的研究。

1、部分框支剪力墻結構概述

部分框支剪力墻結構是現代高層建筑中常用的一種結構，具有底部大的特點，因此也被稱為底部大空間剪力墻結構。從這個界定可以看出部分框支剪力墻結構通常在高層或多層剪力墻結構的底部，這種結構的設計一般是根據實際需要，為增加底部空間的使用功能而設置的[1]。所以上層建筑的部分剪力墻不能沿用到底層，不然的話會影響底層空間的使用效率，甚至有些底層的建筑空間在設計之處就已經規劃好用途。所以在建筑的設計過程中就要設計一個結構轉換層，通過結構轉換層來減少建筑底層的壓力[2]。而轉換層下面的一層，即建筑的底層則稱為框支層，框支層中的貫穿上下層的墻則是剪力墻。同時，界定建筑的部分框支剪力墻結構的時候，不僅要看其抗側剛度，還要整個結構的特點，看是不是形成了薄弱層，抗側剛度是不是發生了突變等情況。不能僅僅依據建筑的豎向構件有沒有貫通落地。

2、部分框支剪力墻結構的設計要點分析

通過上面的分析可以看出，部分框支剪力墻結構的界定是有一定的規范的，并不是所有的貫穿轉換層與底層的墻面都屬于部分框支剪力墻結構，還要觀察整個建筑本身的特點。所以在進行部分框支剪力墻結構的設計的時候要注意以下幾個要點。

（1）在對部分框支剪力墻進行設計的時候，應該減少轉換，盡可能采用上下主體豎向布置的方式，以保證主體間的連續貫通。特別是在設計框架—核心筒結構時，要盡量保證核心筒可以上下貫通，這樣可以保證設計的安全性及可靠性。

（2）在設計時要注重統籌規劃，不要將各部分獨立開來，各構件間的關系及布置要主次分明，傳力直接，這樣便于施工，同時減少識圖錯誤的概率。而在轉換層上下主體的豎向結構設計時，要盡量減小水平方向傳力的影響，避免多級復雜的轉換，這樣可以有效地保證水平轉換結構的傳力比較直接。

（3）在設計的時候要加強轉換層下部主體結構的剛度，弱化轉換層上部主體結構的剛度，這樣就可以有效地保證下部的大空間整體結構的穩定性，轉換層上下主體結構之間的剛度及變形度也會比較接近。

（4）在部分框支剪力墻結構設計的計算階段，最為重要的一點就是要全面而且要確保準確，如果計算及計算結果出了問題，將會嚴重影響整棟建筑的質量。而且要特別注意將轉換結構作為整體結構的一個重要的組成，并采用正確的計算模型進行計算。

3、部分框支剪力墻結構的抗震設計

我國地域廣闊，橫跨環太平洋地震帶與歐亞地震帶，所以地震活動比較頻繁，而且強度比較大，同時地震常發地區分布廣，可以說我國是一個震災嚴重的國家[3],所以建筑防震性能的設計非常重要。

3.1 部分框支剪力墻結構抗震設計概述

部分框支剪力墻結構的抗震設計主要是為應對地震發生而進行的一種設計，這種設計是在地震發生的假設前提下進行的。我國高層建筑的城市幾乎都在抗震設防范圍之內，因此部分框支剪力墻結構的抗震設計是部分框支剪力墻結構設計的一項極為重要的內容。一般來說地面運動主要有三種運用描述方式，即強度、頻譜和持時。而地震的強度是由振幅來表示，振幅對建筑的破環程度跟很多因素有關，比如說時間、速度、加速度，還有建筑本身的特性。所以在進行抗震設計的時候要綜合考慮多方面的因素。

3.2 部分框支剪力墻結構的抗震設計要求分析

我國為了更好地預防地震災害，對建筑的抗震設計做了一系列的規定。上世紀80年代的抗震設防目標是“小震不壞、中震可修、大震不倒” [4]，但隨著我國經濟及技術的發展，我國在2010年對建筑的抗震設防目標進行了修改，并給定了具體的抗震設計方法，表3-1是常規的設計方法與抗震設計方法的對比表（表3-1）。通過兩種抗震設計的防震目標、實施方法及實踐運用方面的對比可以發現，我國明顯加大了地震災害的預防力度。基于性能的抗震設計雖然運用還不夠廣泛，但是對新技術、新材料的適應性比較好，而且也滿足社會發展的趨勢，未來的運用潛力比較大。同時，基于性能的抗震設計可以增加結構概念設計的內容，比如剛度盡量對稱，框支轉換梁上墻體盡量居中布置，從初設階段將一些對結構不利的東西規避掉。綜上所述，對于現代高層建筑的抗震設計應采用基于性能的抗震設計方案。

表 3-1 常規設計方法與性能設計方法的對比分析表

3.2 部分框支剪力墻結構的抗震設計策略分析

通過上面的分析，論文對部分框支剪力墻結構的抗震設計應該采用基于性能的抗震設計方案。因為部分框支剪力墻結構基本上都是高層建筑，采用的基本上都是框架—剪力墻結構，這種結構本身就具有良好的抗震性。導致抗震災害形成的原因大都是由于建筑物的造型與建筑的抗震性能不協調導致的。所以在設計的過程中要特別關注這兩部分的設計。

（1）建筑體型的抗震設計策略分析

對于建筑體型的設計主要關系到的是建筑的布局及體量等方面的設計，這也是建筑設計的一個重要的部分。很多設計師在設計的時候由于太過于關注建筑的造型及建筑本身的使用價值，很容易忽視建筑體型與建筑抗震性能之間的關系。所以在設計的過程中，設計者應該科學地設計建筑的空間體量，包括建筑的高度、比例，建筑的對稱性，還要關注建筑的轉角的設計，同時建筑周邊的抗力，建筑整體的均衡性等方面都要進行綜合的考慮。

（2）建筑立面的抗震設計策略分析

建筑立面通常來說都是由大量的建筑部件組成的，所以建筑立面的設計要關注的主要是立面材料的選擇，部件之間的比例的設計，還有其尺寸大小的控制等方面。而從抗震的角度來說，建筑的設計則要關注以下幾個要點。首先，在設計的時候，不能孤立地進行孤立面的設計，而應該將正立面、側立面及背立面各個立體面之間協調起來，是他們之間得到統一，從而形成一個完整的整體。同時，要注意立面的空間效果和立面各部件之間的均衡性和規則性。

4、結語

通過論文的分析可以看出，隨著城市化進程的進一步推進，部分框支剪力墻結構越來越多地應用在現代建筑的結構設計中，建筑防震性能的設計十分重要。而且在設計的過程中要減少建筑部件間的轉換，采用合理的布置方式，以保證建筑的安全性。同時，要注重設計的統籌規劃，將建筑的各部件之間有機地聯系起來，以實現建筑的整體性和統一性。在分框支剪力墻結構的抗震設計要采用抗震設計方法，并對建筑物的造型及立面的進行抗震設計。最后，希望論文的研究為相關工作者及研究人員提供一定的借鑒與參考價值。

【參考文獻】

[1] 京浩.建筑抗震鑒定與加固[M].中國水利水電出版社,2010.

篇6

高層建筑結構下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結構的設計中就要考慮下部的剛度要大于上部結構；采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設計中是不現實的，因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對高層建筑結構的設計就要考慮反常規設計方法。在《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）中，規范對轉換梁的最小高度和寬度作如下規定：框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的 2 倍，且不易小于400mm；當梁上托柱時，尚不應小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設計時，轉換梁高不小于其跨度的1/6；非抗震設計時，轉換梁高不小于跨度的1/8。從該設計規程中可知，采取這些限制主要是保證轉換梁結構的整體剛度，增強結構的可靠性。

1.1 梁式轉換層結構形式

實際工程中應用的梁式轉換層結構有多種形式，主要原理就是利用下部的轉換大梁來支托上部結構。

1.2 梁式轉換結構受力機理分析

梁式轉換層結構的傳力途徑為墻—梁—柱（墻）的形式，傳力直接，便于分析計算。轉換大梁的受力主要受上部剪力墻剛度、剪力墻與轉換大梁的相對剛度和轉換大梁與下部支撐結構的相對剛度影響。為弄清轉換梁結構與上部墻體共同工作的性能，對轉換梁承托層數對其內力的影響用有限元程序進行了分析，從分析結果中我們知道，對一般結構轉換大梁，上部墻體考慮三層與考慮 4 層、5 層內力的設計控制內力差異不大于 5%，故在分析計算時可只考慮計算 3 層。從計算分析不論轉換大梁上部墻體的形式如何，只要墻體有一定長度，轉換大梁中的彎矩就會比不考慮上部墻體作用要小，同時轉換大梁也會有一段范圍出現受拉區。

2 梁式轉換層的結構設計

2.1 結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此，因此對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。對該工程而言，屬于“高位轉換”。轉換層上下等效側向剛度比宜接近于 1，不應大于 1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下幾種：1）與建筑專業協商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設部分剪力墻（不伸上去）。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還與建筑專業協商后，讓兩側各有一片剪力墻落地。這些無疑都大大增強了底部剛度。

2）加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為 600mm，其余部分的厚度取為 400mm。

3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4）提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用 C50 混凝土。

5）適當減少轉換層上部剪力墻數目，控制剪力墻厚度，并可在某些較長剪力墻中部開結構洞，以弱化上部剛度。弱化上部剛度不僅對控制剛度比有利，還可減輕建筑物重量，減小框支梁承受的荷載；增大結構自振周期，減小地震作用力。工程綜合采用上述幾種方法后，轉換層上下剛度比在 X 方向為 0.725，在 Y 方向為 0.813，滿足規范要求，效果良好。雖然上下部剛度比滿足要求，但畢竟工程仍屬于豎向不規則結構，轉換層及其下各層為結構薄弱層，因而應將該兩層的地震剪力乘以 1.15 的增大系數。

2.2 結構平面布局

工程底部為框架—剪力墻結構，體型簡單、規則；上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質量中心與剛度中心偏差不超過 2m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果。查閱計算結果，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于 1.3，均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規則合理，抗扭效果良好。

3 梁式轉換層結構的設計與構造

由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑多次轉換，受力復雜。框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外，還需要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑，為了改善結構的受力性能，提高其抗震能力，在進行結構平面布置時，可以將一部分剪力墻落地，并貫通至基礎，做成落地剪力墻與框支墻協同工作的受力體系。

3.1 轉換梁的設計與構造要求

轉換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數1.2。當洞口內力較大時，可采用型鋼構件來加強。

轉換梁的混凝土強度等級不應低于C30。轉換梁上、下主筋的最小配筋率非抗震設計時為0.3%，轉換梁中主筋不宜有接頭，轉換梁上部主筋至少應有50%沿梁全長貫通，下部主筋應全部貫通伸入柱內。

3.2 框支柱的設計與構造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內力需調整。抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數，并按放大后的彎矩設計值進行配筋；剪力調整——框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規定采用：框支柱的數目不多于10根時，當框支層為1～2層時，每層每根柱承受的剪力應至少取基底剪力的2%；當框支層。為3層及3層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的3%；框支柱的數目多于10根時，當框支層為1～2層時，每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的20%；當框支層為3層及3層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的30%；框支柱剪力調整后，應相應調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調整。

框支柱全部縱向鋼筋配筋率，抗震等級一級時不小于1.2%，二級時不小于1.0%，三級時不小于0.9%，四級及非抗震設計時不小于0.8%。縱向鋼筋間距抗震設計時不大于200mm，且不小于80mm，全部縱向鋼筋配筋率不宜大于4%。

3.3 轉換梁的截面設計方法

目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法。主要有：應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律，為能直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。

4 結語

通過高層建筑轉換層結構設計的工程實踐，體會如下：根據建筑平面及功能要求合理選擇轉換層形式，正確選擇建筑抗震類別是轉換層設計的關鍵點，結合結構布置，正確選擇各分部的抗震等級，構件設計應注重抗震延性設計的概念，對主要構件進行加強是設計的重點。

參考文獻：

篇7

【摘要】為了確保高層建筑結構設計的安全和合理，必須提高高層建筑結構設計的水平。本文建筑設計論文主要分析了高層建筑結構設計的基本要求，說明了提高高層建筑結構設計水平的關注要點。關鍵詞：高層建筑；結構設計；要點

Abstract: In order to ensure the security and reasonable of the high-rise buildings structural design, we must improve the level of the high-rise buildings structural design. This article analyze the basic requirements of high-level building structures design, and illustrates the increased level of attention points of high-level design of building structures.Key words: high-rise buildings; structural design; points

中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）04-0020-0

前言高層建筑結構設計是針對高層建筑特性的建筑結構設計（Design of building stractures):在滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求下，按有關設計標準的規定，對建筑結構進行總體布置、技術經濟分析、計算、構造和制圖工作，并尋求優化的過程。當前，我國高層建筑特別是超高層建筑的發展非常迅速，其規模、形式日益豐富。高層建筑形式的這一變化使得結構形式也發生了很大的變化，為了確保高層建筑結構設計的安全和合理，必須提高高層建筑結構設計的水平。一、建筑結構設計包括的內容建筑結構設計包括上部結構設計和基礎設計。 上部結構設計主要內容及步驟：1.根據建筑設計來確定結構體系、確定結構主要材料；2.結構平面布置；3.初步選用材料類型、強度等級等，根據經驗初步確定構件的截面尺寸；4.結構荷載計算及各種荷載作用下結構的內力分析；5.荷載效應組合；6.構件的截面設計。此外還包括某必要些構造措施。需要依據結構專業相關規范、圖集等。 基礎設計：1，根據工程地質勘察報告、上部結構類型及上部結構傳來的荷載效應和當地的施工技術水平及材料供應情況確定基礎的形式，材料強度等級，一般有淺基礎（如：獨立基礎、條形基礎等）和深基礎（如：樁基）；2，基礎底面積的確定及地基承載力驗算；3，基礎內力計算及配筋計算。4，考慮必要的構造措施 結構設計的成果體現在繪制的結構施工圖上，該圖紙是結構工程師的語言，是直接面對施工現場及相關工程技術人員的，應該按照一定的規范繪制。二、高層建筑結構設計的基本要求1、基礎設計在設計時宜最大限度地發揮地基的潛力, 必要時還應進行地基變形驗算。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告。一般情況下, 同一結構單元不宜采用兩種不同的類型。2、必須對工程的設計要求、地理環境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析, 并與建筑、水、暖、電等專業充分協商, 在此基礎上進行結構選型, 確定結構方案, 必要時還應進行多方案比較,擇優選用。3、選擇恰當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的剛結或鉸結點, 但與計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。 4、堅持“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉” 原則；注意構件的延性性能；加強薄弱部位；注意鋼筋的錨固長度, 尤其是鋼筋的直線段錨固長度；考慮溫度應力的影響。 5、按均勻、對稱、規整原則考慮平面和立面的布置；綜合考慮抗震的多道防線；盡量避免薄弱層的出現以及正常使用極限狀態的驗算等等都需要概念設計作指導。三、提高高層建筑結構設計水平的關注要點 1、計算機在結構設計中只是輔助工具,只有真正理解結構概念的內涵后,才能確定合理的參數取值和正確的判斷分析結果。設計人員不能過分依賴程序,將計算結果照抄照搬,要認真分析結構。工程設計中常用的軟件有TBSA、PKPM 等, 合理地根據結構特點選用分析模塊對提高設計質量和效率十分重要。T A T 是PKPM 系列中重要的功能模塊,其特點是可計算多塔、連體、錯層及底部不等高嵌固結構；可計算常用的各種形狀截面的鋼梁、鋼柱和支撐的鋼結構,鋼結構截面和支撐信息由P M C A D 建模生成。2、高層建筑的平面宜采用簡單、規則、對稱的形狀, 避免過于復雜的平面形式,大量震害的資料表明,高層建筑物平面布置不對稱、過多的外凸、內凹等復雜形式都容易造成震害。在高層結構的抗震設計中,結構體系的選擇、布置、構造措施比軟件的計算結果是否精確，更能影響結構的安全,除了考慮結構安全因素外,還要綜合考慮建筑美觀、結構合理及便于施工和工程造價等多方面因素。在不對稱結構中,結構在凹凸拐角等處容易造成應力集中而遭到破壞,所以應盡量避免。而在完全對稱的結構中, 也應注意凸出部分的尺寸比例。如凸出部分較長,要在結構設計中采取相應的補救措施。結構的豎向布置要盡力做到剛度均勻且連續,避免結構的剛度突變和出現軟弱層。剛度突變及軟弱層的出現往往是由于切斷剪力墻所致,如果在結構設計中必須要切斷少數剪力墻時,其他剪力墻在該切斷層處應給以加強。 3、對于樁基礎,樁的中心線宜與剪力墻中心線相重合,宜在剪力墻兩端及剪力墻與剪力墻相交處設樁,不宜在開洞的剪力墻處布樁。剪力墻下樁基承臺宜做成聯合承臺,不宜采用單獨承臺,聯合承臺可加強樁基承臺的整體性、減少基礎的不均勻沉降以及提高樁抗水平力的能力,聯合承臺可以按照反梁法計算內力,按照梁的構造配筋。對于電梯井或框架筒體、筒中筒結構的筒體部分,可采用厚板或環形承臺,采用厚板承臺時可按筏板配筋。 4、高層建筑頂點位移限值的決定不僅是其數值大小而且還與其振動頻率的大小有關,一般來說,人對建筑振動頻率的大小感覺很強烈,而對振動幅度(絕對位移)的大小則不是很關心,所以只要結構擺動的頻率不太高時就可滿足人們的舒適度;對于防止結構由于變形過大而可能遭受損壞的層間相對位移,其限值在現行規范中偏于嚴格,可以放松其指標。而且由于各計算程序算法的差別,同一結構用不同的計算程序計算,其層間位移數值差異可能會很大,其中一個原因可能就是各個軟件對“層間位移”的定義不同所致,有的是指樓層形心位移,有的則認為是考慮樓層轉動后的最大角點位移,后者通常比前者要大,對于規則建筑來說,形心位移很有意義,而角點位移卻更能反映出結構樓層的真實位移,是結構工程師需要注意的。四、結束語綜上論文所述,高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程, 任何在這個過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。在設計過程中要掌握以上要點, 才能提高高層建筑結構設計水平。

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1 梁式轉換層結構形式

高層建筑結構下部受力比上部大，按常理來說，在高層建筑結構的設計中就要考慮下部的剛度要大于上部結構；采用的措施就是下部增加墻體、增加柱網，而上部逐漸減少墻柱的密度。顯然，這在高層建筑設計中是不現實的，因為高層建筑的使用功能對空間要求卻是下部大空間，往上部逐漸減小，因此對高層建筑結構的設計就要考慮反常規設計方法。在《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）中，規范對轉換梁的最小高度和寬度作如下規定：框支梁截面的寬度不宜大于框支柱相應方向的截面寬度，不宜小于其上墻體截面厚度的 2 倍，且不易小于400mm；當梁上托柱時，尚不應小于梁寬方向的柱截面寬度。進行抗震設計時，轉換梁高不小于其跨度的1/6；非抗震設計時，轉換梁高不小于跨度的1/8。從該設計規程中可知，采取這些限制主要是保證轉換梁結構的整體剛度，增強結構的可靠性。

2 梁式轉換層的結構設計

2.1 結構豎向布置

高層建筑的側向剛度宜下大上小，且應避免剛度突變。然而帶轉換層的高層建筑結構顯然有悖于此，因此對轉換層結構的側向剛度作了專門規定。對該工程而言，屬于“高位轉換”。轉換層上下等效側向剛度比宜接近于 1，不應大于 1.3。在設計過程中，應把握的原則歸納起來，就是要強化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下幾種：

1）與建筑專業協商，使盡可能多的剪力墻落地，必要時甚至可在底部增設部分剪力墻（不伸上去）。除核心筒部分剪力墻在底部必須設置外，還與建筑專業協商后，讓兩側各有一片剪力墻落地。這些無疑都大大增強了底部剛度。

2）加大底部剪力墻厚度。轉換層以下剪力墻中，核心筒部分的厚度取為 600mm，其余部分的厚度取為 400mm。

3）底部剪力墻盡量不開洞或開小洞，以免剛度削弱太大。

4）提高底部柱、墻混凝土強度等級，采用 C50 混凝土。

2.2 結構平面布局

工程底部為框架―剪力墻結構，體型簡單、規則；上部為純剪力墻結構。在剪力墻平面布置上，東西向完全對稱，南北向質量中心與剛度中心偏差不超過 2m，結構偏心率較小。除核心筒外，其余剪力墻布置分散、均勻；且盡量沿周邊布置，以增強抗扭效果。查閱計算結果，扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.85，各層最大水平位移與層間位移比值不大于 1.3，均滿足平面布置及控制扭轉的要求。可見工程平面布局規則合理，抗扭效果良好。

3 梁式轉換層結構的設計與構造

由框支主梁承托轉換次梁及次梁上的剪刀墻，其傳力途徑多次轉換，受力復雜。框支主梁除承受其上部剪力墻的作用外，還需要承受梁傳給的剪力，扭矩和彎矩，框支主梁易受剪破壞。對于有抗震設防要求的建筑，為了改善結構的受力性能，提高其抗震能力，在進行結構平面布置時，可以將一部分剪力墻落地，并貫通至基礎，做成落地剪力墻與框支墻協同工作的受力體系。

3.1 轉換梁的設計與構造要求

轉換梁的截面尺寸一般宜由剪壓比計算確定，以避免脆性破壞和具有合適的含箍率。轉換梁不宜開洞，若需要開洞，洞口宜位于梁中和軸附近。洞口上、下弦桿必須采取加強措施，箍筋要加密，以增強其抗剪能力。上、下弦桿箍筋計算時宜將剪力設計值乘放大系數 1.2。當洞口內力較大時，可采用型鋼構件來加強。

3.2 框支柱的設計與構造要求

框支柱截面尺寸一般系由其軸壓比計算確定。地震作用下框支柱內力需調整。抗震設計時，框支柱的柱頂彎矩應乘以放大系數，并按放大后的彎矩設計值進行配筋；剪力調整――框支柱承受的地震剪力標準值應按下列規定采用：框支柱的數目不多于 10 根時，當框支層為 1～2 層時，每層每根柱承受的剪力應至少取基底剪力的 2%；當框支層。為 3 層及 3 層以上時，各層每根柱所受的剪力應至少取基底剪力的 3%；框支柱的數目多于 10 根時，當框支層為 1～2 層時，每層每根柱承受的剪力之和應取基底剪力的 20%；當框支層為 3 層及 3 層以上時，每層框支柱承受剪力之和應取基底剪力的 30%；框支柱剪力調整后，應相應調整框支柱的彎矩及柱端梁的剪力、彎矩，框支柱軸力可不調整。

3.3 轉換梁的截面設計方法

目前國內結構設計工作普遍采用的轉換梁截面設計方法。主要有：應力截面設計方法。對轉換梁進行有限元分析得到的結果是應力及其分布規律，為能直接應用轉換梁有限元法分析后的應力大小及其分布規律進行截面的配筋計算，假定不考慮混凝土的抗拉作用，所有拉力由鋼筋承擔鋼筋達到其屈服強度設計值。受壓區混凝土的強度達到軸心抗壓強度設計值。

3.4 轉換梁截面設計方法的選擇

托柱形式轉換梁截面設計。當轉換梁承托上部普通框架時，在轉換梁常用截面尺寸范圍內，轉換梁的受力基本和普通梁相同，可按普通梁截面設計方法進行配筋計算。當轉換梁承托上部斜桿框架時，轉換梁將承受軸向拉力，此時應按偏心受拉構件進行截面設計。

4 結語

通過高層建筑轉換層結構設計的工程實踐，體會如下：根據建筑平面及功能要求合理選擇轉換層形式，正確選擇建筑抗震類別是轉換層設計的關鍵點，結合結構布置，正確選擇各分部的抗震等級，構件設計應注重抗震延性設計的概念，對主要構件進行加強是設計的重點。

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一、高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

（一）水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

（二）側移成為控指標

與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：

1.因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產生的附加內力值超過一定數值時，將會導致房屋側塌。

2.使居住人員感到不適或驚慌。

3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行。

4.使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞。

（三）抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。

地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

（五）軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁中間支座沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

（六）概念設計與理論計算同樣重要

抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多，尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現構件局部開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規的計算原理去進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。

二、高層建筑的結構體系

（一）高層建筑結構設計原則

1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。

2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

（二）高層建筑結構體系及適用范圍

目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構等。

1.框架結構體系。框架結構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建筑中常用的結構形式之一。

框架結構體系優點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內造價較低。

框架結構的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。

框架結構的適用范圍：框架結構的合理層數一般是6到15層，最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。

2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為維護及房間分格構件。剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結構表現了良好的抗震性能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

剪力墻結構墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結構。

在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。

3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

4.筒體結構體系。隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：

（1）框架—筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架—剪力墻結構，目前南寧市的地王大廈也用這種結構。

（2）筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積小（一般不大于墻體面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風和抗震性能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結構。

（3）成束筒結構。在平面內設置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結構多用于平面形狀復雜的建筑中。

（4）巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結構，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。

除以上介紹的幾種結構體系外，還有其他一些結構形式，也可應用，如薄殼、懸索、膜結構、網架等，不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結構。

［參考文獻］

［1］GB50011－2001建筑抗震設計規范.

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概念設計就是從結構總體方案設計一開始，就運用人們對建筑結構抗震已有的正確知識去處理好結構設計中將遇到的問題，諸如:房屋體形、結構體系、剛度分布、構件延性等等。從宏觀原則上進行評價、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計算和構造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環節，以達到合理抗震設計的目的。也就是說概念設計是工程師運用思維和判斷力，根據從大量震害經驗得出的結構抗震原則，從宏觀上確定結構設計中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結構抗震特點，振動中結構的受力特征，抓住要點，突出主要矛盾，用正確的概念來指導概念設計，才會獲得成功。由于概念設計包括的范圍極廣，因此不僅僅要分析總體方案確定的原則，還要顧及非材料的正確使用和關鍵部位的細部構造。但是首先和最重要的還是結構總體概念設計、材料選型和細部構造等問題，這些設計原則和結構概念中，較為重要的是結構總體設計。

二、結構總體設計的注意要點

1.延性耗能

在建筑結構的整體設計上要注意加強薄弱環節，盡量做到等強度。同時，應使建筑結構在一個恰當的部位能消耗大量的能量，在具體設計中即為各式各樣的梁，如框架梁、聯肢墻的連肢梁等。結構延性一般用延性系數表示，它表示的是結構極限變形(位移、轉角、曲率)與屈服變形的比值，也可以分別用位移延性系數，轉角延性系數等來表示，該比值越大，結構的延性越好。在設計上為提高鋼筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施:(1)首先應選取合適的梁截面尺寸，以獲得合適的配筋率，避免梁受拉筋過多或出現超筋。因此，對地震區梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。(2)梁上部(跨中)和下部(端部)配置適量的受壓筋。(3)提高梁混凝土強度等級，采用中低級鋼筋對延性有利。(4)T形梁比矩形梁延性好。(5)注意加密箍筋。地震區鋼筋混凝土梁的位移延性系數一般要求不得低于4。

2.多道防線設計

現在有一種新的抗震概念:當建筑結構受到強烈地震動主脈沖卓越周期的作用時，一方面利用結構中增設的贅余桿件的屈服和變形，來耗散地震輸入能量;另一方面利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個結構從一種穩定體系過渡到另一種穩定體系，實現結構周期的變化，以避開地震動卓越周期長時間持續作用所引起的共振效應。這種通過對結構動力特性的適當控制，來減輕建筑物的破壞程度，是對付高烈度地震的一種經濟有效的方法。

3.妥善處理非結構部件

非結構部件一般是指在通常結構分析中不考慮承受重力荷載以及風、地震等側力荷載的部件，如內隔墻，框架填充墻，建筑處圍墻板，樓梯等。實際上，在地震作用下，高層建筑中的這些部件或多或少地參與工作，從而改變了整個結構或局部構件的剛度，承載力和傳力路線。造成未曾估計到的局部震害。在鋼筋混凝土框架體系的高層建筑中，這些影響最為普遍。(1)砌體填充墻的抗震作用：①使結構剛度增大，自振周期縮短，水平地震力增大30%~50%。②改變了結構的地震剪力分布狀況。③砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架的變形，從而減小了整個結構的地震側移幅值。 (2)柱端震害，在地震中，角柱上端被嵌砌于框架間的磚墻頂斷。這是典型的柱端震害。在框架體系設計中必須考慮，并采取恰當的預防措施。(3)形成短柱破壞。采用鋼筋混凝土框架的高層建筑，就框架柱的受力狀況和破壞形態而言，一般情況下屬于長柱。由于窗裙墻對框架柱的剛性約束，減短了柱的有效長度，使它變成了短柱，承擔的地震力大增，發生剪切破壞。因此，采用貼砌圍護方案或墻、柱柔性連接方案都是防止短柱破壞的有效手段。否則沿柱的全高，柱身箍筋的配置均應符合短柱的規定。這一點，在施工圖中，應當說明清楚。

三、案例討論

鄭州市鄭東新區景峰國際項目情況：地上34層共120m，地下共3層，其中地下第3層為5級人防。該結構為超高層結構，框架－剪力墻結構體系。其中在地上第三層有局部框值轉換。在方案設計階段，框架的軸線尺寸己經由建筑確定，梁柱截面尺寸根據豎向荷載及粗估的水平地震作用效應確定。最后問題是剪力墻如何布置、數量多少。這是一個關系到結構安全和技術經濟合理性，并體現出體系優越性的關鍵性環節。所以結構工程師在方案設計階段都積極參與，并根據適宜剛度概念算出剪力墻的面積，結合建筑要求設計出經濟合理的方案。

1.剪力墻的布置。一般情況下，剪力墻應在縱橫兩個方向同時布置，并使兩個方向的自振周期比較接近。在非抗震設計的條件下，也允許只設橫向剪力墻而不設縱向剪力墻，這時，縱向風力全部由縱向框架承受。剪力墻的一般布置原則是“均勻、分散、對稱、周邊”。均勻、分散是要求剪力墻的片數多，每片的剛度不要太大，也就是說布置很多片短的剪力墻;并且在樓層平面上均勻布開不要集中在某一局部區域。一方面，剪力墻對稱布置可以避免和減少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墻沿周邊布置可以最大幅度地加大抗扭轉的內力臂，提高整個結構的抗扭能力。經過討論，大家一致同意剪力墻沿周邊布置。

2.剪力墻的平面位置。一般情況下，剪力墻宜布置在下述的各個部位:（1）豎向荷載較大處。這樣可以獲得三點好處:①較大重力荷載引起的較大地震作用，可以直接傳到剪力墻上;②剪力墻承受很大的彎矩和剪力，有了較大軸向壓力來平衡，可以減小墻體的拉應力，并提高墻體的受剪力承載力;③可以避免使用較大截面梁、柱的框架來承擔較大的豎向荷載。（2）平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處。這樣可以消除地震時在該部位樓板中引起的應力集中效應。（3）樓梯間、電梯間以及樓板較大洞口的兩側。根據本工程特點，剪力墻的平面位置布置在豎向荷載較大處。

3.剪力墻最大間距。在框―剪體系中，剪力墻是主要抗震構件，承擔著80%以上的地震力;框架是次要抗震構件，僅承擔加%以下的地震力。要保持框一剪體系這一結構特性，以剪力墻為側向支撐的各層樓蓋，在地震力作用下的水平變形就需控制在很小數值范圍以內，使框架的側向變形與剪力墻大致相同。否則，就需要通過空間分析來考慮樓蓋水平變形所引起的框架剪力增值。在實際工程中，剪力墻間距一般在2.5B及30m以內。有30m長的一段無剪力墻的自由布置空間，完全可以滿足建筑功能的要求。

參考文獻：

［1］小谷俊川．日本基于性能結構抗震設計方法的發展．建筑結構，2000，6．

［2］建筑抗震設計規范．(GBJfl一89)．

篇11

1.前言

隨著科學技術的飛速發展，高層建筑剪力墻結構施工技術日漸成熟。但是，隨著建筑高層化的發展，對剪力墻性能及施工質量提出了更高要求。這就需要相關人員在生產建設實踐中，更好地總結施工技義的特點與質量提升措施，以通過建筑剪力墻施工質量的提高，促進建筑施工更有效地滿足社會經濟發展需求。

2.高層建筑剪力墻結構設計

2.1 剪力墻結構布置

對于一般剪力墻布置來說，其應當主要沿主軸方向布置，而針對巨型、L 形、T 形等建筑平面，則可采用沿兩個軸線方向布置。同時在布置剪力墻時，應盡量避免出現只有單向有墻的情況，同時對內外剪力墻采取拉通對直設置。合理地布置剪力墻數目是關鍵， 同時還應當滿足結構質量中心與剛度中心的重合，避免結構出現過大的扭轉。 這就要合理充分掌握剪力墻布置間距來體現。 剪力墻布置間距適中將有助于發揮剪力墻抗側力構件作用，而且還可以合理地增大結構的利用空間。對于剪力墻上的門窗洞口布置應當上下對齊，明確墻肢和連梁的位置，且剛度相差不大，應避免三個以上的洞口集中于同一個十字交叉墻附近。 另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在連梁上。對于本項目來說，本項目建筑用途為住宅公寓，抗震設防烈度為8 度，設計地震分組為一組，建筑場地類別為二類，設計基本地震加速度為 0.20g，基本風壓（50 年一遇）為 0.65kN/㎡，地面粗糙度為 A 類，結構設計合理使用年限為 50 年，建筑結構安全等級為二級，結構抗震等級為二級，主樓地基基礎設計等級為甲級。 該建筑體型對住宅平面布置有利，

2.2 剪力墻結構設計要點

剪力墻作為一種具有較大剛度、整體性好、抗側力好的結構類型。 結合實踐經驗，筆者提出剪力墻結構設計中重要的幾點設計要點如下：（1）對于地震效果較大的情況下，單純地提高剪力墻結構的抗側剛度，這將造成基礎以及剪力墻結構的成本增加。（2）應合理布置剪力墻數量，過多的剪力墻數量將增加結構主體重量同時造成工程浪費。 （3）嚴格按照規范要求來進行剪力墻的構造配筋，配筋率的過低將會造成剪力墻結構延性較差。（4）合理設計剪力墻的墻長及其墻厚，避免出現墻肢承載力得不到有效發揮。綜上所述，對于剪力墻結構設計一方面要保證結構具有足夠的抗側剛度，同時還需兼顧結構成本的優化。

2.3 剪力墻結構的構造設計

對于剪力墻結構設計來說， 不僅僅應滿足結構的計算結果要求，同時還應滿足規范的構造要求，構造要求對于保證剪力墻結構的延性等具有重要意義。根據《高規》規定，還應在結構設計時采取如下措施：（1）除注明者外，剪力墻墻體水平鋼筋放在外側 ；墻體鋼筋網之間設直徑 8@600x600 拉筋； 剪力墻墻體水平鋼筋不得代替暗柱箍筋的設置。（2）連梁應沿整個梁高設置側面縱筋（腰筋）；除特殊標注外，連梁腰筋按墻體水平筋拉通。（3）樓板內設備預埋管上方無板上部鋼筋時 ，沿預埋管走向設置板面附加鋼筋網帶，鋼筋網帶取直徑 6@150x200，最外排預埋鋼管中心至鋼絲網帶邊緣水平距離 150。（4）當上部墻柱伸入地面與土體接觸 、或其中一段墻柱臨水時 ，無論其外表面是否設置了建筑防水層，墻柱迎水面、接觸土體面的縱筋保護層應按上部結構的保護層厚度增加 30（墻）、20（柱）。

2.4剪力墻結構計算分析

對框架-剪力墻結構中跨高比較大的與柱墻相接梁以及某些連梁， 該梁的重力作用效應比水平風或水平地震作用效應更加明顯，此時需考慮梁剛度的折減，以控制正常使用時梁裂紋的發生和發展。 另外，高層建筑樓層的側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的 70%或其上相鄰點層側向剛度平均值的 80%。 經過采取一系列的計算，計算結果表明，本結構各項結果均應在正常范圍之內，既滿足規范要求，又符合以下三點規律：（1）柱、剪力墻的軸力設計值均為壓力；（2）柱、剪力墻基本為構造配筋：（3）梁基本無超筋，剪力墻、連梁均滿足界面抗剪扭的要求。

3剪力墻結構施工質量控制和預防措施

3.1 施工前的技術準備工作。 要認真做好各種設計圖紙的會審，運用規范和標準圖集，并且結合工程建設經驗，認真詳細地核對結構圖與建筑圖、水電施工圖等，要盡可能地把圖紙當中所存在的一些常見問題，比如，軸線尺寸、細部標注尺寸以及標高等是不是有誤，各類設計構造的做法能不是能夠在實際施工中加以實現；結構配筋是不是足夠合理，節點復雜位置的鋼筋能不是能夠順利就位，是不是能夠滿足振搗的要求和必要保護層的厚度，是不是存在漏配鋼筋等現象，配筋詳圖和配筋平面圖之間是否存在矛盾，是否存在配筋顯著偏小的現象，水電埋管的留洞和建筑結構是不是存在沖突，各位置的建筑詳圖設計是不是切實可行，各位置的建筑方法是不是合理，水電埋管是不是太過密集等，為其今后施工的順利開展奠定了良好的基礎。

3.2 梁柱節點的鋼筋綁扎工作。 對梁柱節點來說，只要有超過四個方向的梁穿過，就有可能造成一部分梁面筋保護層的厚度要大大超過設計的要求，這對于梁的承載能力會造成非常大的影響。這時，應當及時向相關人員進行反映，并且重新計算出梁所具有的承載力，并且依據梁面筋的具置以確定梁箍筋所處的高度。在具體工程實踐之中，一般都會將跨中區域梁面筋進行強行地抬高，這一辦法對于提升梁的承載力缺乏幫助，反而還會極大地提升施工的費用。在實際工程操作之中，墻柱鋼筋電渣的焊接頭將會大量地存在，比如，存在焊包不均勻等質量問題，其發生原因主要在于鋼筋接頭端部的截面和鋼筋縱向軸線不夠垂直，因而造成臨近焊接完成之時并在向下擠壓過程中出現用力的不均，進而導致焊包的嚴重不均勻，從而有可能降低鋼筋接頭所具有的強度。為此，應當在正式焊接之前先使用氣割把鋼筋接頭端加以削平，從而確保切后和縱向軸線能夠保持垂直，并且要把表面加以清理干凈。

3.3混凝土裂縫的控制工作。在高溫施工環境下，由于溫度比較高，為了避免混凝土產生裂縫，應當采取以下五條措施：一是改進配合比的設計，通過優選原材料和加入高效的減水劑，以控制混凝土水泥單方的用量于250kg/m3左右，并且不摻加任何一種微膨脹劑。二是混凝土入模溫度嚴格地控制于 30℃之下，并且降低混凝土內部的實際最高溫度升高的速度。三是科學合理地進行施工，運用混凝土泵送技術將板于大梁分開進行澆筑，全部采取斜面分層法，墻體與框架柱則運用整體分層法，并且嚴格地控制分層的厚度。四是強化混凝土養護。水平構件應當覆蓋塑料布，而豎向構件則應外掛麻袋片，并且外包塑料布。澆水的次數以確保塑料布內出現凝結水為主要標準。

4.結語

高層建筑剪力墻結構設計的主旨是發揮這種結構剛度大、美觀等特點，且又能解決高建筑成本等問題。 隨著建筑不斷的復雜化以及建筑高度的不斷提升，剪力墻結構成為了現代建筑結構設計中較為常用的結構類型之一，其被廣泛應用在住宅和旅館建筑結構中。隨著建筑高層化的發展，對剪力墻性能及施工質量提出了更高要求。這就需要相關人員在生產建設實踐中，更好地總結施工技義的特點與質量提升措施，以通過建筑剪力墻施工質量的提高，促進建筑施工更有效地滿足社會經濟發展需求

參考文獻

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隨著建筑高度的不斷提升，剪力墻結構由于其結構剛度大、整體性好等優勢而被廣泛應用于高層建筑中，針對剪力墻結構類型特點通過結合工程實際情況而采取合理有效地設計措施相當重要，

1．項目實例

某高層住宅辦公樓，地下為兩層地下車庫，地上為 30 層公寓住宅，建筑總高度為 95.8m，建筑長寬比為 3.6，高寬比為 2.7。 該建筑經過論證最終采用剪力墻結構類型， 由剪力墻結構來直接承受建筑物的水平以及豎向荷載。 由于剪力墻結構其墻體全部由鋼筋混凝土所構成，因此其自身平面內具有較大的抗側剛度，能夠有效地抵抗較大的水平側向力。在水平荷載作用下，剪力墻結構將主要產生彎曲型的變形。

2.高層建筑剪力墻結構設計

2.1 剪力墻結構布置

對于一般剪力墻布置來說，其應當主要沿主軸方向布置，而針對巨型、L 形、T 形等建筑平面，則可采用沿兩個軸線方向布置。同時在布置剪力墻時，應盡量避免出現只有單向有墻的情況，同時對內外剪力墻采取拉通對直設置。合理地布置剪力墻數目是關鍵， 同時還應當滿足結構質量中心與剛度中心的重合，避免結構出現過大的扭轉。 這就要合理充分掌握剪力墻布置間距來體現。 剪力墻布置間距適中將有助于發揮剪力墻抗側力構件作用，而且還可以合理地增大結構的利用空間。對于剪力墻上的門窗洞口布置應當上下對齊，明確墻肢和連梁的位置，且剛度相差不大，應避免三個以上的洞口集中于同一個十字交叉墻附近。 另外，由于剪力墻中的連梁剛度較弱，不宜將樓面主梁支承載在連梁上。對于本項目來說，本項目建筑用途為住宅公寓，抗震設防烈度為8 度，設計地震分組為一組，建筑場地類別為二類，設計基本地震加速度為 0.20g，基本風壓（50 年一遇）為 0.65kN/㎡，地面粗糙度為 A 類，結構設計合理使用年限為 50 年，建筑結構安全等級為二級，結構抗震等級為二級，主樓地基基礎設計等級為甲級。 該建筑體型對住宅平面布置有利，

2.2 剪力墻結構設計要點

剪力墻作為一種具有較大剛度、整體性好、抗側力好的結構類型。 結合實踐經驗，筆者提出剪力墻結構設計中重要的幾點設計要點如下：（1）對于地震效果較大的情況下，單純地提高剪力墻結構的抗側剛度，這將造成基礎以及剪力墻結構的成本增加。（2）應合理布置剪力墻數量，過多的剪力墻數量將增加結構主體重量同時造成工程浪費。 （3）嚴格按照規范要求來進行剪力墻的構造配筋，配筋率的過低將會造成剪力墻結構延性較差。（4）合理設計剪力墻的墻長及其墻厚，避免出現墻肢承載力得不到有效發揮。綜上所述，對于剪力墻結構設計一方面要保證結構具有足夠的抗側剛度，同時還需兼顧結構成本的優化。

2.3 剪力墻結構的構造設計

對于剪力墻結構設計來說， 不僅僅應滿足結構的計算結果要求，同時還應滿足規范的構造要求，構造要求對于保證剪力墻結構的延性等具有重要意義。根據《高規》規定，還應在結構設計時采取如下措施：（1）除注明者外，剪力墻墻體水平鋼筋放在外側 ；墻體鋼筋網之間設直徑 8@600x600 拉筋； 剪力墻墻體水平鋼筋不得代替暗柱箍筋的設置。（2）連梁應沿整個梁高設置側面縱筋（腰筋）；除特殊標注外，連梁腰筋按墻體水平筋拉通。（3）樓板內設備預埋管上方無板上部鋼筋時 ，沿預埋管走向設置板面附加鋼筋網帶，鋼筋網帶取直徑 6@150x200，最外排預埋鋼管中心至鋼絲網帶邊緣水平距離 150。（4）當上部墻柱伸入地面與土體接觸 、或其中一段墻柱臨水時 ，無論其外表面是否設置了建筑防水層，墻柱迎水面、接觸土體面的縱筋保護層應按上部結構的保護層厚度增加 30（墻）、20（柱）。

3.剪力墻結構計算分析

對本工程剪力墻結構通過采取 SATWE 有限元分析程序對結構的內力與位移進行分析，模型采用的設計主要荷載取值見表 1 所示。

表1樓、地面活荷載以及主要設備控制荷載標準值（kN/㎡）

對框架-剪力墻結構中跨高比較大的與柱墻相接梁以及某些連梁， 該梁的重力作用效應比水平風或水平地震作用效應更加明顯，此時需考慮梁剛度的折減，以控制正常使用時梁裂紋的發生和發展。 另外，高層建筑樓層的側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的 70%或其上相鄰點層側向剛度平均值的 80%。 經過采取一系列的計算，計算結果表明，本結構各項結果均應在正常范圍之內，既滿足規范要求，又符合以下三點規律：（1）柱、剪力墻的軸力設計值均為壓力；（2）柱、剪力墻基本為構造配筋：（3）梁基本無超筋，剪力墻、連梁均滿足界面抗剪扭的要求。

3剪力墻結構施工質量控制和預防措施

3.1 施工前的技術準備工作。 要認真做好各種設計圖紙的會審，運用規范和標準圖集，并且結合工程建設經驗，認真詳細地核對結構圖與建筑圖、水電施工圖等，要盡可能地把圖紙當中所存在的一些常見問題，比如，軸線尺寸、細部標注尺寸以及標高等是不是有誤，各類設計構造的做法能不是能夠在實際施工中加以實現；結構配筋是不是足夠合理，節點復雜位置的鋼筋能不是能夠順利就位，是不是能夠滿足振搗的要求和必要保護層的厚度，是不是存在漏配鋼筋等現象，配筋詳圖和配筋平面圖之間是否存在矛盾，是否存在配筋顯著偏小的現象，水電埋管的留洞和建筑結構是不是存在沖突，各位置的建筑詳圖設計是不是切實可行，各位置的建筑方法是不是合理，水電埋管是不是太過密集等，為其今后施工的順利開展奠定了良好的基礎。

3.2 梁柱節點的鋼筋綁扎工作。 對梁柱節點來說，只要有超過四個方向的梁穿過，就有可能造成一部分梁面筋保護層的厚度要大大超過設計的要求，這對于梁的承載能力會造成非常大的影響。這時，應當及時向相關人員進行反映，并且重新計算出梁所具有的承載力，并且依據梁面筋的具置以確定梁箍筋所處的高度。在具體工程實踐之中，一般都會將跨中區域梁面筋進行強行地抬高，這一辦法對于提升梁的承載力缺乏幫助，反而還會極大地提升施工的費用。在實際工程操作之中，墻柱鋼筋電渣的焊接頭將會大量地存在，比如，存在焊包不均勻等質量問題，其發生原因主要在于鋼筋接頭端部的截面和鋼筋縱向軸線不夠垂直，因而造成臨近焊接完成之時并在向下擠壓過程中出現用力的不均，進而導致焊包的嚴重不均勻，從而有可能降低鋼筋接頭所具有的強度。為此，應當在正式焊接之前先使用氣割把鋼筋接頭端加以削平，從而確保切后和縱向軸線能夠保持垂直，并且要把表面加以清理干凈。

3.3混凝土裂縫的控制工作。在高溫施工環境下，由于溫度比較高，為了避免混凝土產生裂縫，應當采取以下五條措施：一是改進配合比的設計，通過優選原材料和加入高效的減水劑，以控制混凝土水泥單方的用量于250kg/m3左右，并且不摻加任何一種微膨脹劑。二是混凝土入模溫度嚴格地控制于 30℃之下，并且降低混凝土內部的實際最高溫度升高的速度。三是科學合理地進行施工，運用混凝土泵送技術將板于大梁分開進行澆筑，全部采取斜面分層法，墻體與框架柱則運用整體分層法，并且嚴格地控制分層的厚度。四是強化混凝土養護。水平構件應當覆蓋塑料布，而豎向構件則應外掛麻袋片，并且外包塑料布。澆水的次數以確保塑料布內出現凝結水為主要標準。

4.結語

高層建筑剪力墻結構設計的主旨是發揮這種結構剛度大、美觀等特點，且又能解決高建筑成本等問題。 隨著建筑不斷的復雜化以及建筑高度的不斷提升，剪力墻結構成為了現代建筑結構設計中較為常用的結構類型之一，其被廣泛應用在住宅和旅館建筑結構中。隨著建筑高層化的發展，對剪力墻性能及施工質量提出了更高要求。這就需要相關人員在生產建設實踐中，更好地總結施工技義的特點與質量提升措施，以通過建筑剪力墻施工質量的提高，促進建筑施工更有效地滿足社會經濟發展需求

【參考文獻】

篇13

現代高層建筑正向體形復雜、功能多樣、造型新穎的方向發展，同時還要滿足大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內不出現柱楞、不露梁等要求。異形柱與短肢剪力墻結構能較好地滿足現代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應用。

目前，現行國家規范或規程中尚未給出有關異形柱與短肢剪力墻結構設計的條款，因此，結構設計人員在設計中常會遇到一些規范或規程尚未論及的問題，需要設計人員積累經驗，利用正確的概念進行設計。

本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結構設計中的一些問題進行探討，提出個人看法，供結構設計人員參考。

一、異形柱結構型式及其計算

異形柱結構型式有異形柱框架結構、異形柱框架―剪力墻結構和異形柱框架―核心筒結構。

異形柱結構自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結構不同。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此，對異形柱結構應按空間體系考慮，宜優先采用具有異形柱單元的計算程序進行內力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計算時不應將異形柱按剪力墻建模計算。

當采用不具有異形柱單元的空間分析程序計算異形柱結構時，可按薄壁桿件模型進行內力分析。

對異形柱框架結構，一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內力與位移分析。當剛度相等時，矩形柱比異形柱的截面面積大。一般，比值（A矩／A異）約在1.10-1.30之間［1］。因此，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數值不能直接應用于異形柱，建議用比值（A矩／A異）對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。

對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，由于異形柱分擔的水平剪力很小，由此產生的翹曲應力基本可以忽略，為簡化計算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架―剪力墻（或核心筒）結構進行內力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡便。但應注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：

A矩=A異；(2)b/h=(Ix異／Iy異)1/2

式中，A矩、A異――分別為矩形柱和異形柱的截面面積；

b、h――分別為矩形截面的寬和高；

Ix異 、Iy異――分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。

一般，按面積等效計算時，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，計算分析表明［2］，按面積等效與按剛度等效的計算結果是接近的。

異形柱的截面設計，可根據上述方法得出的內力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。

二、短肢剪力墻結構及其計算

短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型、配筋方式和構造要求均同于普通剪力墻結構。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉角沿縱軸的導數），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內剛度無限大假定來減少部分未知量之后在進行求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結構布置復雜（如有轉換層）時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當結構布置復雜時變形不協調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短（一般為墻厚的5-8倍），本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結構能較好地反映結構的受力，精度較高。

對設有轉換層的短肢剪力墻結構，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支。框支剪力墻是受力面向受力點過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續和力的正確傳遞。因此，帶有轉換層的短肢剪力墻結構宜優先采用墻元模型軟件（如SATWE）進行計算。當然，從整體上的內力（特別是下部支承柱的內力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當的處理，還是可以用TAT、TBSA對結構進行整體計算的［3］。

三、 異形柱的受力性能及其軸壓比控制

天津大學的試驗研究結果表明［4］：軸壓比、高長比(即柱凈高與截面肢長之比)是影響異形柱破壞形態及延性的兩個重要因素。 異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態下，各肢產生翹曲正應力和剪應力。由于剪應力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現裂縫，即產生腹剪裂縫，導致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。 作為異形柱延性的保證措施，必須嚴格控制軸壓比，同時避免高長比小于4(短柱)。控制柱截面軸壓比的目的，在于要求柱應具有足夠大的截面尺寸，以防止出現小偏壓破壞，提高柱的變形能力，滿足抗震要求。廣東《規程》按建筑抗震設計規范(GBJ11―89)中所規定的柱子軸壓比降低0.05取用(按截面的實際面積計算)；天津《規程》則根據箍筋間距與主筋直徑之比、箍筋直徑及抗震等級共同確定，其要求比廣東《規程》嚴格，例如，對s/d=5、4(即箍筋間距s=100mm，縱筋直徑d分別為20mm、25mm的情況)，箍筋直徑dv=8mm，抗震等級為三級的L形截面，其軸壓比限值分別為0.60，0.65。異形柱是從短肢剪力墻向矩形柱過渡的一種構件，柱肢截面的肢厚比(即肢長/肢寬)不大于4。《高規》(JGJ3―91)第5.3.4條，“抗震設計時，小墻肢的截面高度不宜小于3bw”，“一、二級剪力墻的小墻肢，其軸壓比不宜大于0.6”。根據上述分析，為便于應用，建議在6度設防區，對于異形柱框架結構，L形截面柱的軸壓比不應超過0.6(按截面的實際面積計算，下同)，T形截面柱的的軸壓比不應超過0.65，十字形截面柱的軸壓比不應超過0.8;對于異形柱框架―剪力墻(或核心筒)結構，由于框架是第二道抗震防線，所以框架柱的軸壓比限值可放寬到0.65(L形)、0.70(T形)、0.90(+字形)，但對于轉換層下的支承柱，其軸壓比仍不應超過0.60。 短柱在壓剪作用下往往發生脆性的剪切破壞，設計中應盡量避免出現短柱。根據高長比不宜小于4，在梁高為600mm的前提下，當標準層層高為3.0m時，異形柱的最大肢長可為600mm;底層層高為4.2m時，肢長可為900mm。

四、短肢剪力墻結構中轉換層的設置高度及框支柱

在現代高層住宅的地下室和下部幾層，由于停車和商業用房需較大空間，就得通過轉換層來實現。例如，在同一座建筑中，沿房屋高度方向建筑功能常要發生變化，上部樓層布置旅館、住宅；中部樓層用作辦公用房；下部樓層布置商店、餐館和文化娛樂設施，這種不同用途的樓層需要采用不同形式的結構。從建筑功能上看，上部需要小開間的軸線布置并需要較多的墻體以滿足旅館和住宅的功能要求；中部則需要較小的或中等大小的室內空間，可以在柱網中布置一定數量的墻體以滿足辦公用房的功能要求；下部需要盡可能大的自由靈活的室內空間，要求柱網大，墻體盡量少，以滿足商店、餐飲、停車場等公共設施的功能要求。上述要求與結構的合理布局正好相反。由于高層建筑結構下部樓層受力很大，上部樓層受力較小，正常的結構布置應是下部剛度大、墻體多、柱網密，而到上部則逐漸減小墻體及柱的布置，以擴大柱網。這樣，結構的正常布置與建筑功能對空間的要求正好相反。因此，為了適應建筑功能的變化，就必須在結構轉換的樓層設置水平轉換構件，即轉換層結構。

據研究表明［5］，“框支剪力墻結構當轉換層位置較高時，轉換層附近層間位移角及內力分布急劇突變，內力的傳遞僅靠轉換層一層樓板的間接傳力途徑很難實現；轉換層下部的‘框支’結構易于開裂和屈服，轉換層上部幾層墻體易于破壞。這種結構體系不利于抗震。高烈度區（9度及9度以上）不應采用；8度區可以采用，但應限制轉換層設置高度，可考慮不宜超過3層；7度區可適當放寬限制。”因此，建議在6度抗震設防區，短肢剪力墻結構中轉換層設置高度不宜超過5層，避免高位轉換。轉換層上下的層剛度比γ宜接近1，不宜超過2。轉換層位置較高時，宜同時控制轉換層下部“框支”結構的等效剛度（即考慮彎曲剪切和軸向變形的綜合剛度），使EgJg與EcJc接近。EgJg為剪力墻結構的等效剛度，剪力墻結構高度取框支層的總高度，其平面和層高與轉換層上部的剪力墻結構相同；EcJc為轉換層下部“框支”結構的等效剛度。研究表明［5］，“控制轉換層下部‘框支’結構的等效剛度對于減少轉換層附近的層間位移角和內力突變是十分必要的，效果也很顯著。”

規范對框支柱的內力、軸壓比、配筋等的要求都嚴于普通柱。框支剪力墻結構當轉換層位置較高時，如何定義框支柱，涉及到安全與經濟的問題。根據圣維南原理，局部處理的影響只限于局部范圍，所以當轉換層位置較高（如高位轉換）時，除轉換層附近樓層的內力較復雜外，下面的結構受到的影響很小，應與普通框架結構基本一樣，不必按框支柱處理。文獻［6］計算了兩個28層的結構，一為內筒外框架結構，一為內筒外框支結構，轉換層設在18層。計算結果表明，轉換層下二層的內力影響很大，下三層的內力誤差最大為15%，下五層的內力已比較接近（最大誤差小于10%）,下八層的內力已基本一樣（最大誤差小于5%）。這說明框支柱只需在五層范圍內加以考慮，其它層的柱子按普通框架柱處理即可。因此，建議當轉換層位置不超過五層時，轉換層下的各層柱均按框支柱處理；當轉換層位置超過五層時，轉換層下相鄰的五層柱按框支柱處理，而其它層的柱按普通框架柱處理。由于高位轉換對抗震不利，所以結構設計中應盡量避免高位轉換。

五、短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節及概念設計

振動臺模擬地震試驗結果表明［7］，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢、底部的小墻肢、連梁等是短肢剪力墻結構的抗震薄弱環節。當有扭轉效應，建筑平面外邊緣及角點處的墻肢會首先開裂；在地震作用下，高層短肢剪力墻結構將以整體彎曲變形為主，底部的小墻肢，截面面積小且承受較大的豎向荷載，破壞嚴重，尤其“一”字形小墻肢破壞最嚴重；在短肢剪力墻結構中，由于墻肢剛度相對減小，使連梁受剪破壞的可能性增加。因此，在短肢剪力墻結構設計中，對這些薄弱環節，更應加強概念設計和抗震構造措施。例如，短肢剪力墻在平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物質心盡量接近，以減小扭轉效應；適當增加建筑平面外邊緣及角點處的墻肢厚度（宜取250mm，對底部的小墻肢根據需要可取用300mm），加強墻肢端部的暗柱配筋，嚴格控制墻肢截面的軸壓比不超過0.6，以提高墻肢的承載力和延性；高層結構中連梁是一個耗能構件，連梁的剪切破壞會使結構的延性降低，對抗震不利，設計時應注意對連梁進行“強剪弱彎”的驗算，保證連梁的受彎屈服先于剪切破壞；短肢剪力墻宜在兩個方向均有梁與之拉結，連梁宜布置在各肢的平面內，避免采用“一”字形墻肢；短肢剪力墻底部加強部位的配筋應符合規范要求等。

參考文獻：

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